WO2024019334A1 - 베이퍼 인젝션 히트펌프 시스템 및 이의 운영 방법 - Google Patents

베이퍼 인젝션 히트펌프 시스템 및 이의 운영 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2024019334A1
WO2024019334A1 PCT/KR2023/008450 KR2023008450W WO2024019334A1 WO 2024019334 A1 WO2024019334 A1 WO 2024019334A1 KR 2023008450 W KR2023008450 W KR 2023008450W WO 2024019334 A1 WO2024019334 A1 WO 2024019334A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heating mode
expansion means
vapor injection
refrigerant
controlled
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2023/008450
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김윤진
김성훈
이해준
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hanon Systems Corp
Original Assignee
Hanon Systems Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hanon Systems Corp filed Critical Hanon Systems Corp
Priority to DE112023002225.9T priority Critical patent/DE112023002225T5/de
Priority to US18/994,021 priority patent/US20260009568A1/en
Publication of WO2024019334A1 publication Critical patent/WO2024019334A1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3228—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • F25B30/02—Heat pumps of the compression type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3205—Control means therefor
    • B60H1/3213—Control means therefor for increasing the efficiency in a vehicle heat pump
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00357—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles
    • B60H1/00385—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles for vehicles having an electrical drive, e.g. hybrid or fuel cell
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00485—Valves for air-conditioning devices, e.g. thermostatic valves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H1/00899—Controlling the flow of liquid in a heat pump system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/20—Disposition of valves, e.g. of on-off valves or flow control valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/30—Expansion means; Dispositions thereof
    • F25B41/39—Dispositions with two or more expansion means arranged in series, i.e. multi-stage expansion, on a refrigerant line leading to the same evaporator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B5/00—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity
    • F25B5/02—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in parallel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B6/00—Compression machines, plants or systems, with several condenser circuits
    • F25B6/04—Compression machines, plants or systems, with several condenser circuits arranged in series
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H2001/3236—Cooling devices information from a variable is obtained
    • B60H2001/3248—Cooling devices information from a variable is obtained related to pressure
    • B60H2001/325—Cooling devices information from a variable is obtained related to pressure of the refrigerant at a compressing unit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H2001/3269—Cooling devices output of a control signal
    • B60H2001/3285—Cooling devices output of a control signal related to an expansion unit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2339/00—Details of evaporators; Details of condensers
    • F25B2339/04—Details of condensers
    • F25B2339/047—Water-cooled condensers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—Component parts or details not otherwise provided for in this subclass
    • F25B2400/04—Refrigeration circuit bypassing means
    • F25B2400/0415—Refrigeration circuit bypassing means for receivers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—Component parts or details not otherwise provided for in this subclass
    • F25B2400/13—Economisers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—Component parts or details not otherwise provided for in this subclass
    • F25B2400/23—Separators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2500/00—Problems to be solved
    • F25B2500/12—Sound
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2500/00—Problems to be solved
    • F25B2500/13—Vibrations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2500/00—Problems to be solved
    • F25B2500/18—Optimization, e.g. high integration of refrigeration components
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/30—Expansion means; Dispositions thereof
    • F25B41/31—Expansion valves
    • F25B41/325—Expansion valves having two or more valve members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/30—Expansion means; Dispositions thereof
    • F25B41/31—Expansion valves
    • F25B41/34—Expansion valves with the valve member being actuated by electric means, e.g. by piezoelectric actuators
    • F25B41/35—Expansion valves with the valve member being actuated by electric means, e.g. by piezoelectric actuators by rotary motors, e.g. by stepping motors

Definitions

  • the embodiment relates to a vapor injection heat pump system and method of operating the same.
  • a heat pump is a device that absorbs heat at low temperatures and moves the absorbed heat to high temperatures.
  • a heat pump has a cycle in which a liquid refrigerant evaporates in an evaporator, takes heat from the surroundings, becomes a gas, and then liquefies while releasing heat to the surroundings through a condenser. Applying this to an electric vehicle or hybrid vehicle has the advantage of securing a heat source that is insufficient in a conventional air conditioning case.
  • This heat pump system may operate in a first heating mode and a second heating mode depending on the heating load. At this time, noise may occur due to the refrigerant valve switching, and the abnormal refrigerant at a high flow rate hits the wall of the gas-liquid separator and then rotates the inner wall in the downward direction, increasing vibration in the process of separating the gas phase and the liquid phase.
  • Embodiments may provide a vapor injection heat pump system and a method of operating the same.
  • a vapor injection heat pump consisting of a compressor, an indoor heat exchanger, a vapor injection module, an outdoor heat exchanger, and an evaporator according to an embodiment of the present invention
  • the vapor injection module includes a first expansion means, a gas-liquid separator, and a second expansion means.
  • the operating method of the system includes the step of being controlled in a first heating mode that is a non-vapor injection heating mode or a second heating mode that is a vapor injection heating mode, and the controlled step includes, when operating in the first heating mode, the vapor injection
  • the refrigerant flowing into the module expands in the first expansion means, passes through the gas-liquid separator, and is then controlled to pass through the second expansion means without expanding, and flows into the vapor injection module when driven in the second heating mode.
  • the refrigerant may be controlled to expand firstly in the first expansion means, pass through the gas-liquid separator, and then expand secondarily in the second expansion means.
  • the controlled step is that when changing to the second heating mode after operating in the first heating mode for a predetermined time, the end time of the first heating mode and the start time of the second heating mode are set to be the same, or the end time of the first heating mode is set to be the same as the start time of the second heating mode.
  • the end time of the first heating mode may be set after the start time of the 2 heating mode.
  • the controlled step is to change to the first heating mode after driving the second heating mode for a predetermined time, and the end time of the first heating mode and the start time of the second heating mode are set to be the same, or The end time of the second heating mode may be set after the start time of the first heating mode.
  • the controlled step may be controlled in the first heating mode for a certain period of time and then controlled in the second heating mode according to the pressure difference between the inlet pressure and outlet pressure of the compressor, or may be controlled directly in the second heating mode. there is.
  • the controlled step is controlled to the second heating mode when the pressure difference between the inlet pressure and the outlet pressure of the compressor exceeds a predetermined reference pressure, and when the pressure difference is less than or equal to the predetermined reference pressure, the second heating mode is controlled.
  • 1 Can be controlled in heating mode.
  • the vapor injection module is a first heating mode that is a non-vapor injection heating mode.
  • a first expansion means that blocks the flow of the condensed refrigerant or expands and delivers the condensed refrigerant according to the second heating mode, which is a vapor injection heating mode; a gas-liquid separator that separates the refrigerant delivered from the first expansion means into gas phase and liquid phase refrigerant; It includes a second expansion means that passes or expands the condensed refrigerant according to the first heating mode or the second heating mode or expands the liquid refrigerant separated in the gas-liquid separator, and the control device controls the first heating mode.
  • the refrigerant introduced into the vapor injection module is controlled to expand in the first expansion means, pass through the gas-liquid separator, and then pass through the second expansion means without expanding, and is driven in the second heating mode.
  • the refrigerant flows into the vapor injection module, the refrigerant can be controlled to expand firstly in the first expansion means, pass through the gas-liquid separator, and then expand secondarily in the second expansion means.
  • the control device When changing to the second heating mode after operating in the first heating mode for a predetermined time, the control device sets the control timing of the first expansion means and the control timing of the second expansion means to be the same, or sets the control timing of the first expansion means to be the same, or The control time of the first expansion means can be set after the control time of the expansion means.
  • the control device When changing to the first heating mode after operating in the second heating mode for a predetermined time, the control device sets the control timing of the first expansion means and the control timing of the second expansion means to be the same, or sets the control timing of the first expansion means to be the same, or The control point of the second expansion means can be set after the control point of the first expansion means.
  • the control device may be controlled in the first heating mode for a certain period of time or directly in the second heating mode depending on the pressure difference between the inlet and outlet pressures of the compressor.
  • the control device controls the second heating mode when the pressure difference between the inlet pressure and the outlet pressure of the compressor exceeds a predetermined reference pressure, and when the pressure difference is less than the predetermined reference pressure, the first heating mode It can be controlled in heating mode.
  • the opening amount of the first expansion means is adjusted to the target control value and the second expansion means is fully opened, thereby minimizing the refrigerant sent to the compressor and the first expansion means. Since it does not close, system stability can be improved.
  • the first expansion means and the second expansion means in the vapor injection module are opened simultaneously or the first expansion means and the second expansion means are opened sequentially, Instantaneous high pressure generation can be suppressed and noise and vibration caused by mode changes can be reduced.
  • FIG. 1 is a diagram showing a vapor injection heat pump system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing the detailed configuration of the vapor injection module shown in FIG. 1.
  • Figure 3 is a diagram showing a method of operating a cooling mode according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a diagram showing a method of operating a heating mode according to an embodiment of the present invention.
  • 5A to 5B are diagrams for explaining the operating principle of the heating mode.
  • FIG. 6 is a diagram showing a method of operating the first heating mode shown in FIG. 4.
  • FIG. 7 is a diagram showing a method of operating the second heating mode shown in FIG. 4.
  • the technical idea of the present invention is not limited to some of the described embodiments, but may be implemented in various different forms, and as long as it is within the scope of the technical idea of the present invention, one or more of the components may be optionally used between the embodiments. It can be used by combining and replacing.
  • first, second, A, B, (a), and (b) may be used.
  • a component when a component is described as being 'connected', 'coupled' or 'connected' to another component, the component is not only directly connected, coupled or connected to that other component, but also is connected to that component. It can also include cases where other components are 'connected', 'combined', or 'connected' due to another component between them.
  • “above” or “below” refers not only to cases where two components are in direct contact with each other, but also to one This also includes cases where another component described above is formed or placed between two components.
  • “top (above) or bottom (bottom)” it can include not only the upward direction but also the downward direction based on one component.
  • Figure 1 is a diagram showing a vapor injection heat pump system according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a diagram showing the detailed configuration of the vapor injection module shown in Figure 1.
  • the vapor injection heat pump system includes a vapor injection module (1), a compressor (10), an indoor heat exchanger (20), a condenser (30), and an outdoor heat exchanger ( 40), a third expansion means 50, an evaporator 60, a fourth expansion means 70, a chiller 80, an accumulator 90, and a control device 2.
  • the compressor 10 is driven by receiving power from an engine (internal combustion engine) or a motor, sucks and compresses the refrigerant, and then discharges it to the condenser 30 in a high-temperature, high-pressure gaseous state.
  • engine internal combustion engine
  • a motor sucks and compresses the refrigerant, and then discharges it to the condenser 30 in a high-temperature, high-pressure gaseous state.
  • the condenser 30 functions as a condenser 30 in both the cooling mode and the heating mode.
  • the condenser 30 can condense the compressed refrigerant.
  • the refrigerant condensed in the condenser 30 moves along the first line 100 and is supplied to the vapor injection module 1.
  • the vapor injection module 1 includes a first line 100, a second line 200, a third line 300, a gas-liquid separator 400, a first expansion means 500, and a second expansion means 600. It can be included.
  • the first line 100 may be connected to the inlet 110 through which the refrigerant flows, providing a passage through which the refrigerant flows into the vapor injection module 1.
  • the first line 100 may have a circular pipe structure, and various pipe structures for moving the refrigerant may be used.
  • the gas-liquid separator 400 can receive refrigerant from the first expansion means 500 and separate it into gas phase and liquid phase refrigerant.
  • the gas-liquid separator 400 can move the separated gaseous refrigerant to the compressor 10 and move the liquid refrigerant to the third line 300.
  • the gas-liquid separator 400 may include a housing 410, an outflow passage 420, and a movement passage 430.
  • the housing 410 provides an internal space through which refrigerant flows.
  • the housing 410 has a cylindrical structure, and the inner wall may have an inclination. This slope has a radius that decreases toward the bottom, providing the effect of flow rate correction.
  • An outlet is disposed at the top of the housing 410, and a movement passage 430 may be formed at the bottom of the housing 410.
  • An outlet passage 420 is connected to the outlet, and gaseous refrigerant can move to the outlet through the outlet passage 420.
  • a second line 200 is connected to an upper area of the housing 410, and the second line 200 is arranged to discharge the refrigerant toward the side wall of the housing 410 to form a return flow.
  • the refrigerant discharged from the second line 200 descends while circling the side wall of the outflow passage 420.
  • the moving passage 430 provides a passage through which the liquefied refrigerant in the housing 410 moves toward the second expansion means 600 disposed in the third line 300.
  • a partition 440 may be disposed on one side of the moving passage 430 to prevent the refrigerant from scattering.
  • the partition 440 may be located in the center of the movement passage 430, that is, at the lower part of the outflow passage 420, and can prevent the refrigerant moving through this passage from scattering and flowing into the outflow passage 420.
  • the partition wall portion 440 may have a circular plate structure and may have a diameter larger than the diameter of the outflow passage 420.
  • the shape of the partition 440 is not limited, but is preferably formed larger than the cross-section of the outflow passage 420, and may be modified in various ways depending on the cross-sectional shape of the outflow passage 420.
  • a fixing part may be connected to the partition wall part 440 and fixed to the housing 410.
  • the fixing part may have a bar structure, and one side may be connected to the partition 440 and the other side may be fixed to the housing 410.
  • One side of the second line 200 may be connected to the first line 100, and the other side may be connected to an upper area of the gas-liquid separator 400.
  • the second line 200 provides a passage through which refrigerant moves, and a first expansion means 500 may be disposed in one area of the second line 200.
  • the first expansion means 500 may block the flow of condensed refrigerant, or expand the condensed refrigerant and deliver it to the gas-liquid separator 400, depending on the air conditioning mode.
  • the first expansion means 500 may include a first ball valve 510 that is disposed at the center of the second line 200 and rotates.
  • the first ball valve 510 may include a first inlet hole 511 and a first expansion groove 513 connected to the first inlet hole 511.
  • the refrigerant flowing into the first expansion means 500 moves through the first inlet hole 511 formed in the first ball valve 510, and expands while passing through the first expansion groove 513 to form the gas-liquid separator 400. ) can flow into the
  • the first expansion means 500 may be a 2-way expansion valve.
  • a driving part is connected to the first ball valve 510 and can rotate, and the refrigerant moving to the second line 200 can be moved or blocked through rotation of the first ball valve 510.
  • the third line 300 may be connected to the first line 100 and an area below the gas-liquid separator 400 to provide a passage through which refrigerant can move.
  • One side of the third line 300 is connected to the first line 100, and the other side is connected to the movement passage 430 of the gas-liquid separator 400 so that the refrigerant can move.
  • the second expansion means 600 may pass or expand the condensed refrigerant or expand the liquid refrigerant separated in the gas-liquid separator 400, depending on the air conditioning mode.
  • the second expansion means 600 is disposed on the third line 300 and controls the movement direction and expansion of the liquid refrigerant flowing through the first line 100 or separated from the gas-liquid separator 400. You can. When the first expansion means 500 blocks the flow of the condensed refrigerant, the second expansion means 600 may pass through or expand the condensed refrigerant.
  • the second expansion means 600 may be a 3/2-way expansion valve.
  • the 3/2-way expansion valve can control the direction of movement, expansion, and flow rate of the incoming refrigerant.
  • the second expansion means 600 includes a second inlet hole 611, a second outlet hole 613 connected to the second inlet hole 611, and a second expansion groove formed on one side of the second outlet hole 613. It may include a second ball valve 610 having (613a).
  • the second ball valve 610 is provided in a spherical shape and can be connected to a driving unit (not shown) to rotate.
  • the second ball valve 610 may be disposed inside the second expansion means 600.
  • the second ball valve 610 may have a second inlet hole 611 and a second outlet hole 613 connected to form a passage through which refrigerant moves.
  • the second inlet hole 611 and the second outlet hole 613 may be connected to have an angle of 90 degrees.
  • the angles of the second inlet hole 611 and the second outlet hole 613 are not limited and may be modified to various angles.
  • the second expansion groove 613a is connected to the end of the second outlet hole 613 to expand and move the refrigerant moving through the second outlet hole 613.
  • the second expansion groove 613a is provided in an elongated shape and can expand the refrigerant using pressure changes of the moving refrigerant.
  • the second ball valve 610 operates to move or expand the refrigerant.
  • the second ball valve 610 may operate to move or expand the refrigerant by changing the positions of the second inlet hole 611, the second outlet hole 613, and the second expansion groove 613a through rotation. .
  • the first expansion means 500 and the second expansion means 600 are electronic expansion valves, which, although not indicated by reference numerals, are equipped with an actuator (motor) for rotating each ball valve, and are adjusted according to the rotation angle of the actuator. Accordingly, the expansion amount or refrigerant flow amount can be controlled.
  • the indoor heat exchanger 20 can heat the room by exchanging heat with air conditioning wind using the heat of the refrigerant flowing in from the compressor 10.
  • the indoor heat exchanger 20 is disposed inside the air conditioning case C of the vehicle together with the evaporator 60, which will be described later, to heat the interior of the vehicle.
  • the outdoor heat exchanger 40 is an air-cooled heat exchanger along with a radiator and is installed on the front side of the vehicle engine room, and is arranged in a straight line in the direction of flow of air blown from the blower fan. Additionally, the outdoor heat exchanger 40 can exchange heat with low-temperature coolant discharged from the radiator.
  • the outdoor heat exchanger 40 may perform different roles depending on the air conditioning mode.
  • the outdoor heat exchanger 40 In the cooling mode, the outdoor heat exchanger 40 functions as a condenser 30, which is the same as the water-cooled condenser 30, and in the heating mode, it functions as an evaporator 60, which is opposite to the water-cooled condenser 30.
  • the third expansion means 50 is disposed on the inlet side of the evaporator 60 and can perform the functions of expansion, flow control, and opening and closing of the refrigerant.
  • the evaporator 60 is installed inside the air conditioning case (C), is placed in the refrigerant circulation line, and is supplied with the low-temperature, low-pressure refrigerant discharged from the third expansion means (50), and is supplied to the inside of the air conditioning case (C) through a blower. As the air flowing through passes through the evaporator 60, it exchanges heat with the low-temperature, low-pressure refrigerant inside the evaporator 60 and turns into cold air, which is then discharged into the vehicle interior to cool the interior of the vehicle. That is, the evaporator 60 functions as an evaporator 60 on the refrigerant circulation line.
  • the fourth expansion means 70 is connected in parallel with the third expansion means 50 and can perform the functions of expansion, flow control, and opening and closing of the circulating refrigerant.
  • the chiller 80 may be supplied with the low-temperature, low-pressure refrigerant discharged from the fourth expansion means 70 and exchange heat with the coolant moving through the coolant circulation line. Meanwhile, the cold coolant heat-exchanged in the chiller 80 may circulate through the coolant circulation line and exchange heat with the high-temperature battery.
  • the accumulator 90 is installed on the refrigerant circulation line at the inlet side of the compressor 10, where the refrigerant that has passed through the evaporator 60 and/or the chiller 80 joins, and separates the liquid refrigerant and the gaseous refrigerant to produce the gaseous refrigerant. Only the refrigerant is supplied to the compressor (10), and excess refrigerant can be stored.
  • the suction port of the compressor 10 is connected to the gaseous refrigerant outlet of the accumulator 90, and through this, it is possible to prevent liquid refrigerant from being sucked into the compressor 10.
  • the control device 2 can control the cooling mode and heating mode by controlling the vapor injection module 1.
  • the heating mode may include a first heating mode that is a non-vapor injection heating mode and a second heating mode that is a vapor injection heating mode.
  • control device 2 closes the first expansion means 500 of the vapor injection module to block the flow of the condensed refrigerant, and fully opens the second expansion means 600 to expand the condensed refrigerant. can be passed.
  • the control device 2 may drive the first heating mode or the second heating mode based on the pressure difference between the first pressure, which is the inlet pressure of the compressor, and the second pressure, which is the outlet pressure.
  • control device 2 may drive the first heating mode when the pressure difference between the first pressure and the second pressure exceeds a predetermined reference pressure.
  • the control device 2 opens the first expansion means 500, that is, expands the condensed refrigerant by adjusting the opening amount to the target control value, and fully opens the second expansion means 600. This allows the condensed refrigerant to expand.
  • the second expansion means 600 is fully opened, the amount of refrigerant sent to the compressor can be minimized to a very small amount.
  • the first heating mode after the first heating mode is operated for a certain period of time, it may be changed to the second heating mode.
  • the end time of the first heating mode and the start time of the second heating mode may be set to be the same, or the end time of the first heating mode may be set after the start time of the second heating mode.
  • control device 2 may drive the second heating mode when the pressure difference between the first pressure and the second pressure is less than or equal to a predetermined reference pressure.
  • the control device 2 opens the first expansion means 500 to expand the condensed refrigerant, and opens the second expansion means 600, that is, reduces the opening amount to expand the condensed refrigerant. You can do it. After the second heating mode is operated for a certain period of time, it may be changed to the first heating mode.
  • the second heating mode after the second heating mode is operated for a certain period of time, it may be changed to the first heating mode.
  • the end time of the first heating mode and the start time of the second heating mode may be set to be the same, or the end time of the second heating mode may be set after the start time of the first heating mode.
  • Figure 3 is a diagram showing a method of operating a cooling mode according to an embodiment of the present invention.
  • the first expansion valve of the vapor injection module when operating in the cooling mode, the first expansion valve of the vapor injection module is closed to block the flow of condensed refrigerant (S310), and the second expansion valve is fully opened to allow the condensed refrigerant to pass (S310). S320). That is, when the refrigerant flows in through the inlet 110, the movement of the refrigerant in the second line 200 connected to the first line 100 is blocked by the first expansion means 500.
  • the refrigerant whose movement to the second line 200 is blocked by the first expansion means 500 moves to the third line 300, and the second expansion means 600 moves through the third line 300.
  • the incoming refrigerant can be bypassed and moved to the refrigerant outlet.
  • Figure 4 is a diagram showing a method of operating a heating mode according to an embodiment of the present invention
  • Figures 5A to 5B are diagrams for explaining the operating principle of the heating mode
  • Figure 6 is a diagram showing the first heating mode shown in Figure 4. It is a diagram showing an operation method
  • FIG. 7 is a diagram showing the second heating mode operation method shown in FIG. 4.
  • the vapor injection heat pump system (hereinafter referred to as the heat pump system) according to an embodiment of the present invention uses the first pressure, which is the inlet side pressure of the compressor, when the heating mode is driven according to the user's operation.
  • the pressure and the second pressure which is the outlet pressure, can be measured (S410).
  • the heat pump system may calculate a pressure difference between the first pressure and the second pressure (S420) and compare the calculated pressure difference with a predetermined reference pressure (S430).
  • the reference pressure may be set to 2 bar, but is not necessarily limited to this.
  • the heat pump system may be driven in the first heating mode (S440).
  • the heat pump system When driven in the first heating mode as shown in FIGS. 5A and 6, the heat pump system has a first expansion means 500 that expands the condensed refrigerant by adjusting the opening amount to suit the target control value, and a second expansion means (500). 600) can be fully opened to allow condensed refrigerant to pass.
  • the second line 200 connected to the first line 100 expands the refrigerant by the first expansion means 500.
  • the second ball valve 610 of the second expansion means 600 blocks refrigerant from flowing from the first line 100 to the third line 300, and the third line connected to the first line 100 It can be operated to allow refrigerant to flow into (300).
  • the heat pump system may be driven in the first heating mode for a predetermined time and then changed to the second heating mode and driven in the second heating mode (S450).
  • the predetermined time may be set to 60 seconds, but is not necessarily limited thereto.
  • the reason why the heating mode is operated for a predetermined period of time in the first heating mode and then changed to the second heating mode and operated in the second heating mode is to prevent liquid refrigerant from flowing into the suction port of the initial compressor. .
  • the first expansion means 500 expands the condensed refrigerant by adjusting the opening amount to match the target control value
  • the gas-liquid separator 400 expands the expanded refrigerant.
  • the gas phase is transferred to the compressor and the liquid phase is transferred to the second expansion means (600), and the second expansion means (600) expands the condensed refrigerant by reducing the opening amount to match the target control value.
  • the first expansion means 500 In the case of the second heating mode, when the refrigerant flows in through the inlet 110, the first expansion means 500 is opened and the refrigerant flows in, and the inflow refrigerant expands to medium pressure in the first expansion means 500 to become a gas-liquid. flows into the separator 400.
  • the first expansion means 500 expands the incoming refrigerant to medium pressure to reduce the load on the compressor and increase heat exchange efficiency in the evaporator.
  • the refrigerant flowing into the gas-liquid separator 400 circulates and descends along the side wall of the housing 410 of the gas-liquid separator 400, and the liquid refrigerant separated from the gas-liquid separator 400 flows through the connection passage to the third line (300). ), and the separated gaseous refrigerant can be discharged through the outflow passage 420.
  • the second ball valve 610 of the second expansion means 600 blocks the refrigerant from flowing from the first line 100 to the third line 300, and the third line connected to the gas-liquid separator 400 ( 300) can be operated to allow refrigerant to flow in.
  • the refrigerant flowing into the second ball valve 610 may be expanded to low pressure through the second expansion groove 613a and then flow out.
  • the second expansion means 600 may be opened before the first expansion means 500, and a momentary blocked section may occur. At this time, the high pressure suddenly increases. There are concerns that it will rise.
  • the first expansion means 500 and the second expansion means 600 are opened simultaneously by setting the control point at the same time, or the second expansion means 500 is opened after the control point of the first expansion means 500.
  • the control point of the means 600 can be set and opened sequentially.
  • the second expansion means 600 is not opened before the first expansion means 500. That is, even if the second expansion means 600 rotates and closes, the moment when the system is completely blocked does not occur because the flow path is connected to the compressor.
  • the heat pump system can immediately drive the second heating mode as shown in FIG. 7 (S450).
  • the first expansion means 500 and the second expansion means 600 may be opened simultaneously or the first expansion means 500 and the second expansion means 600 may be opened sequentially.
  • the case of changing from the first heating mode to the second heating mode is described as an example, but it is not necessarily limited to this and the second heating mode may be switched to the first heating mode.
  • the first expansion means When changing from the second heating mode to the first heating mode, in the first heating mode, the first expansion means is closed and the second expansion means is open, so there may be a case where the first expansion means closes first and the refrigerant cannot flow momentarily. there is.
  • control timing of the first expansion means 500 and the second expansion means 600 is set to be the same and opened simultaneously, or the first expansion means is opened after the control timing of the second expansion means 600.
  • the control point of the means 500 can be set and opened sequentially. In this way, the first expansion means 500 is closed after the second expansion means 600 is opened.
  • ' ⁇ unit' used in this embodiment refers to software or hardware components such as FPGA (field-programmable gate array) or ASIC, and the ' ⁇ unit' performs certain roles.
  • ' ⁇ part' is not limited to software or hardware.
  • the ' ⁇ part' may be configured to reside in an addressable storage medium and may be configured to reproduce on one or more processors. Therefore, as an example, ' ⁇ part' refers to components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components, processes, functions, properties, and procedures. , subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data, databases, data structures, tables, arrays, and variables.
  • components and 'parts' may be combined into a smaller number of components and 'parts' or may be further separated into additional components and 'parts'. Additionally, components and 'parts' may be implemented to regenerate one or more CPUs within a device or a secure multimedia card.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Abstract

실시예에 의한 베이퍼 인젝션 히트펌프 시스템 및 이의 운영 방법이 개시된다. 상기 압축기, 실내열교환기, 베이퍼 인젝션 모듈, 실외열교환기, 증발기로 이루어지고, 상기 베이퍼 인젝션 모듈은 제1 팽창수단, 기액 분리기, 제2 팽창수단을 포함하는 베이퍼 인젝션 히트펌프 시스템의 운영 방법은 비베이퍼 인젝션 난방 모드인 제1 난방 모드 또는 베이퍼 인젝션 난방 모드인 제2 난방 모드로 제어되는 단계를 포함하고, 상기 제어되는 단계는 상기 제1 난방 모드로 구동 시, 상기 베이퍼 인젝션 모듈로 유입된 냉매가 상기 제 1팽창수단에서 팽창하고 상기 기액분리기를 통과한 후 팽창하지 않고 상기 제 2팽창수단을 통과하도록 제어되고, 상기 제2 난방 모드로 구동 시, 상기 베이퍼 인젝션 모듈로 유입된 냉매가 상기 제1 팽창수단에서 1차 팽창하고 상기 기액분리기를 통과한 후 상기 제2 팽창수단에서 2차 팽창하도록 제어된다.

Description

베이퍼 인젝션 히트펌프 시스템 및 이의 운영 방법
실시예는 베이퍼 인젝션 히트펌프 시스템 및 이의 운영 방법에 관한 것이다.
환경 친화적인 산업 발전 및 화석원료를 대체하는 에너지원의 개발 기조아래, 근래 자동차 산업에서 가장 주목받는 분야는 전기자동차와 하이브리드 자동차가 있다. 이들 전기자동차와 하이브리드 자동차에는 배터리가 장착되어 구동력을 제공하는데, 주행 운전뿐만 아니라 냉난방 시에도 배터리를 이용한다.
배터리를 이용하여 구동력을 제공하는 차량에서, 냉난방 시 배터리가 열원으로 사용된다는 것은 그만큼 주행거리가 감소된다는 것을 의미하는데, 위 문제를 극복하기 위하여 종래부터 가정용 냉난방장치로 널리 활용된 히트펌프 시스템을 자동차에 적용하는 방법이 제안되었다.
히트펌프란 저온의 열을 흡수하여 흡수된 열을 고온으로 이동시키는 것을 말한다. 일 예로서의 히트펌프는 액체 냉매가 증발기 내에서 증발하고 주위에서 열을 빼앗아 기체가 되며, 다시 응축기에 의해 주위에 열을 방출하면서 액화되는 사이클을 가진다. 이를 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에 적용하면, 종래 일반적인 공조케이스에 부족한 열원을 확보할 수 있는 장점이 있다.
이러한 히트펌프 시스템은 난방 부하에 따라 제1 난방 모드와 제2 난방 모드로 작동될 수 있다. 이때, 냉매 밸브 전환에 따른 소음이 발생할 수 있고, 빠른 유속의 이상 상태의 냉매가 기액 분리기 벽면을 가격한 후 아래 방향으로 내벽을 회전하며 기상과 액상이 분리되는 과정에서 진동이 증가하게 된다.
실시예는, 베이퍼 인젝션 히트펌프 시스템 및 이의 운영 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 압축기, 실내열교환기, 베이퍼 인젝션 모듈, 실외열교환기, 증발기로 이루어지고, 상기 베이퍼 인젝션 모듈은 제1 팽창수단, 기액 분리기, 제2 팽창수단을 포함하는 베이퍼 인젝션 히트펌프 시스템의 운영 방법은 비베이퍼 인젝션 난방 모드인 제1 난방 모드 또는 베이퍼 인젝션 난방 모드인 제2 난방 모드로 제어되는 단계를 포함하고, 상기 제어되는 단계는 상기 제1 난방 모드로 구동 시, 상기 베이퍼 인젝션 모듈로 유입된 냉매가 상기 제 1팽창수단에서 팽창하고 상기 기액분리기를 통과한 후 팽창하지 않고 상기 제 2팽창수단을 통과하도록 제어되고, 상기 제2 난방 모드로 구동 시, 상기 베이퍼 인젝션 모듈로 유입된 냉매가 상기 제1 팽창수단에서 1차 팽창하고 상기 기액분리기를 통과한 후 상기 제2 팽창수단에서 2차 팽창하도록 제어될 수 있다.
상기 제어되는 단계는 상기 제1 난방 모드로 미리 정해진 시간 동안 구동 후 상기 제2 난방 모드로 변경 시, 상기 제1 난방 모드의 종료 시점과 상기 제2 난방 모드의 시작 시점이 동일하게 설정되거나 상기 제2 난방 모드의 시작 시점 후에 상기 제1 난방 모드의 종료 시점이 설정될 수 있다.
상기 제어되는 단계는 상기 제2 난방 모드를 미리 정해진 시간 동안 구동한 후 상기 제1 난방 모드로 변경되고, 상기 제1 난방 모드의 종료 시점과 상기 제2 난방 모드의 시작 시점이 동일하게 설정되거나 상기 제1 난방 모드의 시작 시점 후에 상기 제2 난방 모드의 종료 시점이 설정될 수 있다.
상기 제어되는 단계는 상기 압축기의 입구측 압력과 출구측 압력 간의 압력 차이에 따라 상기 제1 난방 모드로 일정 시간 제어된 후 상기 제2 난방 모드로 제어되거나, 상기 제2 난방 모드로 바로 제어될 수 있다.
상기 제어되는 단계는 상기 압축기의 입구측 압력과 출구측 압력 간의 압력 차이가 미리 정해진 기준 압력을 초과한 경우 상기 제2 난방 모드로 제어되고, 상기 압력 차이가 상기 미리 정해진 기준 압력 이하인 경우, 상기 제1 난방 모드로 제어될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 압축기, 실내열교환기, 베이퍼 인젝션 모듈, 실외열교환기, 증발기, 제어 장치로 이루어진 베이퍼 인젝션 히트펌프 시스템에 있어서, 상기 베이퍼 인젝션 모듈은 비베이퍼 인젝션 난방 모드인 제1 난방 모드 또는 베이퍼 인젝션 난방 모드인 제2 난방 모드에 따라 응축된 냉매의 흐름을 차단하거나 상기 응축된 냉매를 팽창시켜 전달하는 제1 팽창수단; 상기 제1 팽창수단으로부터 전달 받은 냉매를 기상과 액상의 냉매로 분리하는 기액분리기; 상기 제1 난방 모드 또는 상기 제2 난방 모드에 따라 응축된 냉매를 통과 또는 팽창시키거나 상기 기액분리기에서 분리된 액상의 냉매를 팽창시키는 제2 팽창수단을 포함하고, 상기 제어 장치는 상기 제1 난방 모드로 구동 시, 상기 베이퍼 인젝션 모듈로 유입된 냉매가 상기 제 1팽창수단에서 팽창하고 상기 기액분리기를 통과한 후 팽창하지 않고 상기 제 2팽창수단을 통과하도록 제어하고, 상기 제2 난방 모드로 구동 시, 상기 베이퍼 인젝션 모듈로 유입된 냉매가 상기 제1 팽창수단에서 1차 팽창하고 상기 기액분리기를 통과한 후 상기 제2 팽창수단에서 2차 팽창하도록 제어할 수 있다.
상기 제어 장치는 상기 제1 난방 모드로 미리 정해진 시간 동안 구동 후 상기 제2 난방 모드로 변경 시, 상기 제1 팽창수단의 제어 시점과 상기 제2 팽창수단의 제어 시점을 동일하게 설정하거나 상기 제2 팽창수단의 제어 시점 후에 상기 제1 팽창수단의 제어 시점을 설정할 수 있다.
상기 제어 장치는 상기 제2 난방 모드로 미리 정해진 시간 동안 구동한 후 상기 제1 난방 모드로 변경 시, 상기 제1 팽창수단의 제어 시점과 상기 제2 팽창수단의 제어 시점을 동일하게 설정하거나 상기 제1 팽창수단의 제어 시점 후에 상기 제2 팽창수단의 제어 시점을 설정할 수 있다.
상기 제어 장치는 상기 압축기의 입구측 압력과 출구측 압력 간의 압력 차이에 따라 상기 제1 난방 모드로 일정 시간 제어되거나 상기 제2 난방 모드로 바로 제어될 수 있다.
상기 제어장치는 상기 압축기의 입구측 압력과 출구측 압력 간의 압력 차이가 미리 정해진 기준 압력을 초과한 경우 상기 제2 난방 모드로 제어하고, 상기 압력 차이가 상기 미리 정해진 기준 압력 이하인 경우, 상기 제1 난방 모드로 제어할 수 있다.
실시예에 따르면, 비베이퍼 인젝션 난방 모드에서 제1 팽창수단을 목표 제어값에 맞게 개도량을 조절하고, 제2 팽창수단을 완전 개방하도록 함으로써, 압축기로 보내지는 냉매를 최소화하면서 제1 팽창수단이 닫히지 않아 시스템 안정성을 향상시킬 수 있다.
실시예에 따르면, 제1 난방 모드에서 제2 난방 모드로의 변경 시 베이퍼 인젝션 모듈 내 제1 팽창수단과 제2 팽창수단을 동시에 개방하거나 제1 팽창수단과 제2 팽창수단을 순차적으로 개방시킴으로써, 순간적인 고압 발생을 억제할 수 있고, 모드 변경에 따른 소음 및 진동을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 베이퍼 인젝션 히트펌프 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 베이퍼 인젝션 모듈의 상세한 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉방 모드의 운영 방법을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 난방 모드의 운영 방법을 나타내는 도면이다.
도 5a 내지 도 5b는 난방 모드의 운영 원리를 설명하기 위한 도면들이다.
도 6은 도 4에 도시된 제1 난방 모드 운영 방법을 나타내는 도면이다.
도 7은 도 4에 도시된 제2 난방 모드 운영 방법을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’ 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 “상(위) 또는 하(아래)”에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 베이퍼 인젝션 히트펌프 시스템을 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 베이퍼 인젝션 모듈의 상세한 구성을 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 베이퍼 인젝션 히트펌프 시스템은 베이퍼 인젝션 모듈(1), 압축기(10), 실내열교환기(20), 응축기(30), 실외열교환기(40), 제3 팽창수단(50), 증발기(60), 제4 팽창수단(70), 칠러(80), 어큐뮬레이터(90) 및 제어 장치(2)를 포함할 수 있다.
압축기(10)는 엔진(내연기관) 또는 모터 등으로부터 동력을 전달받아 구동하면서 냉매를 흡입하여 압축한 후 고온 고압의 기체 상태로 응축기(30) 측에 배출하게 된다.
응축기(30)는 냉방모드 및 난방모드 시 모두 응축기(30) 역할을 하게 된다. 응축기(30)는 압축된 냉매를 응축할 수 있다. 응축기(30)에 응축된 냉매는 제1 라인(100)을 따라 이동하여 베이퍼 인젝션 모듈(1)로 공급된다.
베이퍼 인젝션 모듈(1)은 제1 라인(100), 제2 라인(200), 제3 라인(300), 기액분리기(400), 제1 팽창수단(500) 및 제2 팽창수단(600)을 포함할 수 있다.
제1 라인(100)은 냉매가 유입되는 유입구(110)와 연결되어 냉매가 베이퍼 인젝션 모듈(1)로 유입되는 통로를 제공할 수 있다. 일예로, 제1 라인(100)은 원형의 관구조를 구비할 수 있으며, 냉매가 이동하기 위한 다양한 관 구조가 사용될 수 있다.
기액분리기(400)는 제1 팽창수단(500)으로부터 냉매를 전달받아 기상과 액상의 냉매로 분리할 수 있다. 기액분리기(400)는 분리된 기상 냉매를 압축기(10)로 이동시키며, 액상의 냉매를 제3 라인(300)으로 이동시킬 수 있다.
기액분리기(400)는 하우징(410), 유출통로(420) 및 이동통로(430)를 포함할 수 있다.
하우징(410)은 냉매가 유동하는 내부공간을 제공한다. 하우징(410)은 원통구조로 마련되며, 내벽은 경사를 가질 수 있다. 이러한 경사는 하부로 갈수록 반경이 줄어 유속 보정의 효과를 구비할 수 있다. 하우징(410)의 상부에는 유출구가 배치되며, 하우징(410)의 하부에는 이동통로(430)가 형성될 수 있다.
유출구에는 유출통로(420)가 연결되며, 유출통로(420)를 통해 기상 냉매가 유출구로 이동할 수 있다.
하우징(410)의 상측 일영역에는 제2 라인(200)이 연결되며, 제2 라인(200)은 냉매가 하우징(410)의 측벽을 향하여 토출되도록 배치되어 회류를 형성할 수 있다. 제2 라인(200)에서 토출되는 냉매는 유출통로(420)의 측벽을 선회하면서 하강한다.
이동통로(430)는 하우징(410)에서 액화된 냉매가 제3 라인(300)에 배치되는 제2 팽창수단(600)을 향해 이동하는 통로를 제공한다. 이동통로(430)의 일측에는 냉매의 비산을 방지하는 격벽부(440)가 배치될 수 있다.
격벽부(440)는 이동통로(430)의 중심부, 즉 유출통로(420)의 하부에 위치할 수 있으며, 이통통로를 이동하는 냉매가 비산되어 유출통로(420)로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 일예로, 격벽부(440)는 원형의 판구조를 구비할 수 있으며, 유출통로(420)의 직경보다 큰 직경을 가질 수 있다. 격벽부(440)의 형상은 제한이 없으나, 유출통로(420)의 단면보다 크게 형성되는 것이 바람직하며, 유출통로(420)의 단면의 형상에 따라 다양하게 변형실시될 수 있다.
또한, 격벽부(440)에는 고정부가 연결되어 하우징(410)에 고정될 수 있다. 일예로, 고정부는 막대구조를 구비하며, 일측이 격벽부(440)에 연결되며, 타측이 하우징(410)에 고정되는 구조로 고정될 수 있다.
제2 라인(200)은 일측이 제1 라인(100)에 연결되며, 타측은 기액분리기(400)의 상측 일영역에 연결될 수 있다. 제2 라인(200)은 냉매가 이동하는 통로를 제공하며, 제2 라인(200)의 일영역에는 제1 팽창수단(500)이 배치될 수 있다.
제1 팽창수단(500)은 공조모드에 따라 응축된 냉매의 흐름을 차단하거나, 응축된 냉매를 팽창시켜 기액분리기(400)로 전달할 수 있다. 제1 팽창수단(500)은 제2 라인(200)의 중심에 배치되어 회전하는 제1 볼밸브(510)를 포함할 수 있다. 제1 볼밸브(510)는 제1 유입홀(511), 제1 유입홀(511)에 연결되는 제1 팽창홈(513)을 포함할 수 있다.
제1 팽창수단(500)으로 유입되는 냉매는 제1 볼밸브(510)에 형성되는 제1 유입홀(511)을 통해 이동하며, 제1 팽창홈(513)을 지나면서 팽창되어 기액분리기(400)로 유입될 수 있다.
제1 팽창수단(500)은 2-way 팽창밸브가 사용될 수 있다.
제1 볼밸브(510)에는 구동부가 연결되어 회전할 수 있으며, 제1 볼밸브(510)의 회전을 통해 제2 라인(200)으로 이동하는 냉매를 이동시키거나 차단할 수 있다.
제3 라인(300)은 제1 라인(100)과 기액분리기(400)의 하측의 일영역에 연결되어 냉매가 이동할 수 있는 통로를 제공할 수 있다. 제3 라인(300)의 일측은 제1 라인(100)과 연결되며, 타측은 기액분리기(400)의 이동통로(430)와 연결되어 냉매가 이동할 수 있다.
제2 팽창수단(600)은 공조모드에 따라 응축된 냉매를 통과 또는 팽창시키거나, 기액분리기(400)에서 분리된 액상의 냉매를 팽창시킬 수 있다.
제2 팽창수단(600)은 제3 라인(300)상에 배치되어 제1 라인(100)을 통해 유입되거나, 기액분리기(400)에서 분리되어 유입되는 액상 냉매의 이동방향 및 팽창여부를 제어할 수 있다. 제2 팽창수단(600)은 제1 팽창수단(500)이 응축된 냉매를 흐름을 차단하는 경우, 응축된 냉매를 통과 또는 팽창할 수 있다.
제2 팽창수단(600)은 3/2-way 팽창밸브가 사용될 수 있다. 3/2-way 팽창밸브는 유입되는 냉매의 이동방향, 팽창여부 및 유량제어기능을 수행할 수 있다.
제2 팽창수단(600)은 제2 유입홀(611), 제2 유입홀(611)과 연결되는 제2 유출홀(613) 및 제2 유출홀(613)의 일측에 형성되는 제2 팽창홈(613a)을 구비하는 제2 볼밸브(610)를 포함할 수 있다.
제2 볼밸브(610)의 구 형상으로 마련되며, 구동부(미도시)에 연결되어 회전할 수 있다. 제2 볼밸브(610)는 제2 팽창수단(600)의 내부에 배치될 수 있다.
제2 볼밸브(610)는 제2 유입홀(611)과 제2 유출홀(613)이 연결되어 냉매가 이동하는 통로를 형성할 수 있다. 일예로, 제2 유입홀(611)과 제2 유출홀(613)은 90도의 각도를 가지도록 연결될 수 있다. 다만, 제2 유입홀(611)과 제2 유출홀(613)의 각도는 한정되지 않으며 다양한 각도로 변형실시될 수 있다.
제2 팽창홈(613a)은 제2 유출홀(613)의 단부와 연결되도록 연결되어 제2 유출홀(613)을 통해 이동하는 냉매를 팽창시켜 이동시킬 수 있다. 일실시예로, 제2 팽창홈(613a)은 세장형으로 구비되어 이동하는 냉매의 압력변화를 이용하여 냉매를 팽창시킬 수 있다.
제2 볼밸브(610)는 냉매를 이동시키거나 팽창하도록 동작한다. 제2 볼밸브(610)는 회전을 통해 제2 유입홀(611), 제2 유출홀(613) 및 제2 팽창홈(613a)의 위치를 변경시켜 냉매를 이동시키거나 팽창하도록 동작할 수 있다.
제1 팽창수단(500)과 제2 팽창수단(600)은 전자식 팽창밸브로서, 도면부호로 표시하지는 않았으나, 각각의 볼밸브를 회전시키기 위한 액츄에이터(모터)를 구비하고 있으며, 액츄에이터의 회전 각도에 따라 팽창량 또는 냉매 유동량을 제어할 수 있다.
실내열교환기(20)는 압축기(10)에서 유입되는 냉매의 열을 이용하여 공조풍과 열교환시켜 실내를 난방할 수 있다. 실내열교환기(20)는 후술할 증발기(60)와 함께 차량의 공조케이스(C) 내부에 배치되어 차량의 실내를 난방할 수 있다.
실외열교환기(40)는 라디에이터와 함께 공냉식 열교환기로 차량 엔진룸의 전방측에 설치되며, 송풍팬으로부터 송풍되는 공기의 유동방향으로 일직선상에 배치된다. 또한 실외열교환기(40)는 라디에이터에서 배출되는 저온의 냉각수와 열교환될 수 있다.
또한, 실외열교환기(40)는 공조모드에 따라 다른 역할을 수행할 수 있다. 실외열교환기(40)는 냉방모드 시, 수냉식 응축기(30)와 동일한 응축기(30) 역할을 하게 되고, 난방모드 시에는 수냉식 응축기(30)와 상반되는 증발기(60) 역할을 하게 된다.
제3 팽창수단(50)은 증발기(60)의 입구측에 배치되어 냉매의 팽창, 유량 제어 및 개폐의 기능을 수행할 수 있다.
증발기(60)는 공조케이스(C)의 내부에 설치되고, 냉매 순환라인에 배치되어 제3 팽창수단(50)에서 배출된 저온저압의 냉매가 공급되고, 블로어를 통해 공조케이스(C)의 내부를 유동하는 공기가 증발기(60)를 통과하는 과정에서 증발기(60) 내부의 저온 저압의 냉매와 열교환하여 냉풍으로 바뀐 뒤, 차량 실내로 토출되어 차실내를 냉방하게 된다. 즉 증발기(60)는 냉매 순환라인 상에서 증발기(60) 역할을 한다.
제4 팽창수단(70)은 제3 팽창수단(50)과 병렬로 연결되며, 순환되는 냉매의 팽창, 유량 제어 및 개폐의 기능을 수행할 수 있다.
칠러(80)는 제4 팽창수단(70)에서 배출된 저온 저압의 냉매가 공급되어 냉각수 순환라인을 이동하는 냉각수와 열교환될 수 있다. 한편, 칠러(80)에서 열교환된 차가운 냉각수는 냉각수 순환라인을 순환하여 고온의 배터리와 열교환될 수 있다.
어큐뮬레이터(90)는 압축기(10)의 입구 측 냉매 순환라인 상에 설치되어 증발기(60) 및/또는 칠러(80)를 경유한 냉매가 합류되며, 냉매 중 액상 냉매와 기상 냉매를 분리하여 기상 냉매만 압축기(10)로 공급하며, 잉여 냉매를 저장할 수 있다.
어큐뮬레이터(90)의 기상 냉매 출구에는 압축기(10)의 흡입포트가 연결되어 있으며, 이를 통해 압축기(10)에 액상의 냉매가 흡입되는 것을 방지할 수 있다.
제어 장치(2)는 베이퍼 인젝션 모듈(1)을 제어하여 냉방 모드와 난방 모드를 제어할 수 있다. 난방 모드는 비베이퍼 인젝션(non-vapor injection) 난방 모드인 제1 난방 모드와 베이퍼 인젝션(vapor injection) 난방 모드인 제2 난방 모드를 포함할 수 있다.
냉방 모드에서, 제어 장치(2)는 베이퍼 인젝션 모듈의 제1 팽창 수단(500)을 닫아 응축된 냉매의 흐름을 차단하고, 제2 팽창수단(600)을 완전 개방(full open)하여 응측된 냉매를 통과시킬 수 있다.
제어 장치(2)는 압축기의 입구측 압력인 제1 압력과 출구측 압력인 제2 압력 간의 압력 차이를 기초로 제1 난방 모드 또는 제2 난방 모드를 구동할 수 있다.
그 일예로, 제어 장치(2)는 제1 압력과 제2 압력 간의 압력 차이가 미리 정해진 기준 압력을 초과한 경우 제1 난방 모드를 구동할 수 있다.
제1 난방모드에서, 제어 장치(2)는 제1 팽창수단(500)을 개방 즉, 목표 제어값에 맞게 개도량을 조절하여 응축된 냉매를 팽창시키고, 제2 팽창수단(600)을 완전 개방하여 응축된 냉매를 팽창시킬 수 있다.
이때, 제2 팽창수단(600)을 완전 개방하면 압축기로 보내지는 냉매는 극히 일부로 최소화가 가능할 수 있다.
그리고 제1 난방모드가 일정 시간 구동된 후 제2 난방모드로 변경될 수 있다. 이때, 제1 난방 모드의 종료 시점과 제2 난방 모드의 시작 시점을 동일하게 설정하거나 제2 난방 모드의 시작 시점 후에 제1 난방 모드의 종료 시점을 설정할 수 있다.
다른 예로, 제어 장치(2)는 제1 압력과 제2 압력 간의 압력 차이가 미리 정해진 기준 압력의 이하인 경우 제2 난방 모드를 구동할 수 있다.
제2 난방모드에서, 제어 장치(2)는 제1 팽창수단(500)을 개방하여 응축된 냉매를 팽창시키고, 제2 팽창수단(600)을 개방 즉, 개도량을 줄여하여 응축된 냉매를 팽창시킬 수 있다. 제2 난방모드가 일정 시간 구동된 후 제1 난방모드로 변경될 수 있다.
그리고 제2 난방모드가 일정 시간 구동된 후 제1 난방모드로 변경될 수 있다. 이때, 제1 난방 모드의 종료 시점과 제2 난방 모드의 시작 시점을 동일하게 설정하거나 제1 난방 모드의 시작 시점 후에 제2 난방 모드의 종료 시점을 설정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉방 모드의 운영 방법을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 냉방 모드 작동 시, 베이퍼 인젝션 모듈의 제1 팽창 밸브가 닫혀 응축된 냉매의 흐름을 차단하고(S310), 제2 팽창 밸브가 완전 개방되어 응측된 냉매를 통과시킬 수 있다(S320). 즉, 냉매가 유입구(110)를 통해 유입되면, 제1 라인(100)과 연결되는 제2 라인(200)은 제1 팽창수단(500)에 의해 냉매의 이동이 차단된다.
제1 팽창수단(500)에 의해 제2 라인(200)으로의 이동이 차단된 냉매는 제3 라인(300)으로 이동하게 되고, 제2 팽창수단(600)이 제3 라인(300)을 통해 유입되는 냉매를 바이패스(bypass)하여 냉매출구로 이동시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 난방 모드의 운영 방법을 나타내는 도면이고, 도 5a 내지 도 5b는 난방 모드의 운영 원리를 설명하기 위한 도면들이고, 도 6은 도 4에 도시된 제1 난방 모드 운영 방법을 나타내는 도면이고, 도 7은 도 4에 도시된 제2 난방 모드 운영 방법을 나타내는 도면이다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 베이퍼 인젝션 히트펌프 시스템(이하 히트펌프 시스템이라고 한다)은 사용자의 조작에 따라 난방 모드가 구동되는 경우, 압축기의 입구측 압력인 제1 압력과 출구측 압력인 제2 압력을 측정할 수 있다(S410).
히트펌프 시스템은 제1 압력과 제2 압력 간의 압력 차이를 산출하고(S420), 산출된 압력 차이와 미리 정해진 기준 압력을 비교할 수 있다(S430). 예를 들면, 기준 압력은 2bar로 설정될 수 있지만 반드시 이에 한정되지 않는다.
히트펌프 시스템은 산출된 압력 차이가 미리 정해진 기준 압력보다 크면, 제1 난방 모드로 구동될 수 있다(S440).
도 5a 및 도 6과 같이 제1 난방 모드로 구동되는 경우, 히트펌프 시스템은 제1 팽창수단(500)은 목표 제어값에 맞게 개도량을 조절하여 응축된 냉매를 팽창시키고, 제2 팽창수단(600)은 완전 개방하여 응축된 냉매를 통과시킬 수 있다.
제1 난방 모드의 경우 냉매가 유입구(110)를 통해 유입되면, 제1 라인(100)과 연결되는 제2 라인(200)은 제1 팽창수단(500)에 의해 냉매를 팽창시키게 된다.
제2 팽창수단(600)의 제2 볼밸브(610)는 제1 라인(100)에서 제3 라인(300)으로 냉매가 유입되는 것을 차단하며, 제1 라인(100)과 연결되는 제3 라인(300)으로 냉매가 유입되도록 동작할 수 있다.
히트펌프 시스템은 제1 난방 모드로 미리 정해진 시간 동안 구동된 후 제2 난방 모드로 변경하여 제2 난방 모드로 구동될 수 있다(S450). 예를 들면, 미리 정해진 시간은 60초로 설정될 수 있지만 반드시 이에 한정되지 않는다.
이렇게 난방 모드 구동 시 제1 난방 모드로 미리 정해진 시간 동안 구동된 후 제2 난방 모드로 변경하여 제2 난방 모드로 구동하는 이유는 초기 압축기의 흡입 포트로 액상의 냉매가 유입되는 것을 방지하기 위함이다.
도 5b 및 도 6과 같이 제2 난방 모드로 변경하는 경우, 제1 팽창수단(500)은 목표 제어값에 맞게 개도량을 조절하여 응축된 냉매를 팽창시키고, 기액분리기(400)는 팽창된 냉매를 기상과 액상으로 분리한 후 기상은 압축기로 전달하고 액상은 제2 팽창수단(600)으로 전달하며, 제2 팽창수단(600)은 목표 제어값에 맞게 개도량을 줄여 응축된 냉매를 팽창시킬 수 있다.
제2 난방 모드의 경우 냉매가 유입구(110)를 통해 유입되면, 제1 팽창수단(500)이 개방되어 냉매가 유입되며, 유입되는 냉매는 제1 팽창수단(500)에서 중압으로 팽창을 하여 기액분리기(400)로 유입된다. 제1 팽창수단(500)은 유입되는 냉매를 중압으로 팽창하여 압축기에 걸리는 부하를 감소할 수 있으며, 증발기에서 열교환 효율을 증대할 수 있다.
기액분리기(400)로 유입되는 냉매는 기액분리기(400)의 하우징(410)의 측벽을 타고 회류하여 하강하게 되며, 기액분리기(400)에서 분리되는 액상 냉매는 연결통로를 통해 제3 라인(300)으로 이동하게 되며, 분리된 기상 냉매는 유출통로(420)를 통해 배출될 수 있다.
제2 팽창수단(600)의 제2 볼밸브(610)는 제1 라인(100)에서 제3 라인(300)으로 냉매가 유입되는 것을 차단하며, 기액분리기(400)와 연결되는 제3 라인(300)으로 냉매가 유입되도록 동작할 수 있다. 제2 볼밸브(610)로 유입되는 냉매는 제2 팽창홈(613a)을 통해 저압으로 팽창되어 유출될 수 있다.
이와 같이 제2 난방 모드에서 제1 팽창수단(500)과 제2 팽창수단(600)을 순차적으로 지나면서 냉매의 팽창압을 조절하여 효율을 증대할 수 있다.
이때, 제1 난방 모드에서 제2 난방 모드로의 변경 시 제1 팽창수단(500)보다 제2 팽창수단(600)이 먼저 개방될 수 있어 순간적으로 막히는 구간이 발생할 수 있는데, 이때, 고압이 급격히 상승할 우려가 있다.
따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해 실시예에서는 제1 팽창수단(500)과 제2 팽창수단(600)을 제어 시점을 동일하게 설정하여 동시에 개방하거나 제1 팽창수단(500)의 제어 시점 후에 제2 팽창수단(600)의 제어 시점을 설정하여 순차적으로 개방시킬 수 있다. 이러한 방식을 통해 제2 팽창수단(600)은 제1 팽창수단(500)보다 먼저 개방되지 않는다. 즉, 제2 팽창수단(600)이 회전하면서 닫히더라도 압축기 측으로 유로가 연결되어 있기 때문에 시스템이 완전히 막히는 순간이 발생하지 않는다.
반면, 히트펌프 시스템은 산출된 압력 차이가 미리 정해진 기준 압력보다 작으면 도 7과 같이 바로 제2 난방 모드를 구동할 수 있다(S450).
제2 난방 모드에서, 제1 팽창수단(500)과 제2 팽창수단(600)을 동시에 개방하거나 제1 팽창수단(500)과 제2 팽창수단(600)을 순차적으로 개방시킬 수 있다.
한편, 여기서는 제1 난방 모드에서 제2 난방 모드로 변경되는 경우를 일 예로 설명하고 있지만 반드시 이에 한정되지 않고 제2 난방 모드에서 제1 난방 모드로 전환될 수 있다.
제2 난방 모드에서 제1 난방 모드로 변경되는 경우, 제1 난방 모드에서 제1 팽창수단은 닫히고 제2 팽창수단은 개방되기 때문에 제1 팽창수단이 먼저 닫혀 순간적으로 냉매가 흐르지 못하는 경우가 발생할 수 있다.
따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해 실시예에서는 제1 팽창수단(500)과 제2 팽창수단(600)의 제어 시점을 동일하게 설정하여 동시에 개방하거나 제2 팽창수단(600)의 제어 시점 후에 제1 팽창수단(500)의 제어 시점을 설정하여 순차적으로 개방시킬 수 있다. 이러한 방식을 통해 제1 팽창수단(500)은 제2 팽창수단(600)의 개방 이후에 닫히게 된다.
본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 압축기, 실내열교환기, 베이퍼 인젝션 모듈, 실외열교환기, 증발기로 이루어지고, 상기 베이퍼 인젝션 모듈은 제1 팽창수단, 기액 분리기, 제2 팽창수단을 포함하는 베이퍼 인젝션 히트펌프 시스템의 운영 방법에 있어서,
    비베이퍼 인젝션 난방 모드인 제1 난방 모드 또는 베이퍼 인젝션 난방 모드인 제2 난방 모드로 제어되는 단계를 포함하고,
    상기 제어되는 단계는,
    상기 제1 난방 모드로 구동 시, 상기 베이퍼 인젝션 모듈로 유입된 냉매가 상기 제 1팽창수단에서 팽창하고 상기 기액분리기를 통과한 후 팽창하지 않고 상기 제 2팽창수단을 통과하도록 제어되고,
    상기 제2 난방 모드로 구동 시, 상기 베이퍼 인젝션 모듈로 유입된 냉매가 상기 제1 팽창수단에서 1차 팽창하고 상기 기액분리기를 통과한 후 상기 제2 팽창수단에서 2차 팽창하도록 제어되는, 베이퍼 인젝션 히트펌프 시스템의 운영 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어되는 단계는,
    상기 제1 난방 모드로 미리 정해진 시간 동안 구동 후 상기 제2 난방 모드로 변경 시,
    상기 제1 난방 모드의 종료 시점과 상기 제2 난방 모드의 시작 시점이 동일하게 설정되거나 상기 제2 난방 모드의 시작 시점 후에 상기 제1 난방 모드의 종료 시점이 설정되는, 베이퍼 인젝션 히트펌프 시스템의 운영 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어되는 단계는,
    상기 제2 난방 모드를 미리 정해진 시간 동안 구동한 후 상기 제1 난방 모드로 변경되고,
    상기 제1 난방 모드의 종료 시점과 상기 제2 난방 모드의 시작 시점이 동일하게 설정되거나 상기 제1 난방 모드의 시작 시점 후에 상기 제2 난방 모드의 종료 시점이 설정되는, 베이퍼 인젝션 히트펌프 시스템의 운영 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어되는 단계는,
    상기 압축기의 입구측 압력과 출구측 압력 간의 압력 차이에 따라 상기 제1 난방 모드로 일정 시간 제어된 후 상기 제2 난방 모드로 제어되거나, 상기 제2 난방 모드로 바로 제어되는, 베이퍼 인젝션 히트펌프 시스템의 운영 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어되는 단계는,
    상기 압축기의 입구측 압력과 출구측 압력 간의 압력 차이가 미리 정해진 기준 압력을 초과한 경우 상기 제2 난방 모드로 제어되고,
    상기 압력 차이가 상기 미리 정해진 기준 압력 이하인 경우, 상기 제1 난방 모드로 제어되는, 베이퍼 인젝션 히트펌프 시스템의 운영 방법.
  6. 압축기, 실내열교환기, 베이퍼 인젝션 모듈, 실외열교환기, 증발기, 제어 장치로 이루어진 베이퍼 인젝션 히트펌프 시스템에 있어서, 상기 베이퍼 인젝션 모듈은
    비베이퍼 인젝션 난방 모드인 제1 난방 모드 또는 베이퍼 인젝션 난방 모드인 제2 난방 모드에 따라 응축된 냉매의 흐름을 차단하거나 상기 응축된 냉매를 팽창시켜 전달하는 제1 팽창수단;
    상기 제1 팽창수단으로부터 전달 받은 냉매를 기상과 액상의 냉매로 분리하는 기액분리기;
    상기 제1 난방 모드 또는 상기 제2 난방 모드에 따라 응축된 냉매를 통과 또는 팽창시키거나 상기 기액분리기에서 분리된 액상의 냉매를 팽창시키는 제2 팽창수단을 포함하고,
    상기 제어 장치는,
    상기 제1 난방 모드로 구동 시, 상기 베이퍼 인젝션 모듈로 유입된 냉매가 상기 제 1팽창수단에서 팽창하고 상기 기액분리기를 통과한 후 팽창하지 않고 상기 제 2팽창수단을 통과하도록 제어하고,
    상기 제2 난방 모드로 구동 시, 상기 베이퍼 인젝션 모듈로 유입된 냉매가 상기 제1 팽창수단에서 1차 팽창하고 상기 기액분리기를 통과한 후 상기 제2 팽창수단에서 2차 팽창하도록 제어하는, 베이퍼 인젝션 히트펌프 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 제1 난방 모드로 미리 정해진 시간 동안 구동 후 상기 제2 난방 모드로 변경 시, 상기 제1 팽창수단의 제어 시점과 상기 제2 팽창수단의 제어 시점을 동일하게 설정하거나 상기 제2 팽창수단의 제어 시점 후에 상기 제1 팽창수단의 제어 시점을 설정하는, 베이퍼 인젝션 히트펌프 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 제2 난방 모드로 미리 정해진 시간 동안 구동한 후 상기 제1 난방 모드로 변경 시, 상기 제1 팽창수단의 제어 시점과 상기 제2 팽창수단의 제어 시점을 동일하게 설정하거나 상기 제1 팽창수단의 제어 시점 후에 상기 제2 팽창수단의 제어 시점을 설정하는, 베이퍼 인젝션 히트펌프 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 압축기의 입구측 압력과 출구측 압력 간의 압력 차이에 따라 상기 제1 난방 모드로 일정 시간 제어되거나 상기 제2 난방 모드로 바로 제어되는, 베이퍼 인젝션 히트펌프 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어장치는,
    상기 압축기의 입구측 압력과 출구측 압력 간의 압력 차이가 미리 정해진 기준 압력을 초과한 경우 상기 제2 난방 모드로 제어하고,
    상기 압력 차이가 상기 미리 정해진 기준 압력 이하인 경우, 상기 제1 난방 모드로 제어하는, 베이퍼 인젝션 히트펌프 시스템.
PCT/KR2023/008450 2022-07-18 2023-06-19 베이퍼 인젝션 히트펌프 시스템 및 이의 운영 방법 Ceased WO2024019334A1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE112023002225.9T DE112023002225T5 (de) 2022-07-18 2023-06-19 Dampfeinspritzwärmepumpensystem und verfahren zu dessen betrieb
US18/994,021 US20260009568A1 (en) 2022-07-18 2023-06-19 Vapor injection heat pump system and method for operating same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2022-0087931 2022-07-18
KR1020220087931A KR20240010792A (ko) 2022-07-18 2022-07-18 베이퍼 인젝션 히트펌프 시스템 및 이의 운영 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024019334A1 true WO2024019334A1 (ko) 2024-01-25

Family

ID=89618147

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2023/008450 Ceased WO2024019334A1 (ko) 2022-07-18 2023-06-19 베이퍼 인젝션 히트펌프 시스템 및 이의 운영 방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20260009568A1 (ko)
KR (1) KR20240010792A (ko)
DE (1) DE112023002225T5 (ko)
WO (1) WO2024019334A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230162342A (ko) * 2022-05-20 2023-11-28 한온시스템 주식회사 베이퍼 인젝션 모듈 및 이를 포함하는 차량용 열관리 장치

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015137779A (ja) * 2014-01-21 2015-07-30 株式会社デンソー ヒートポンプサイクル
KR20160066180A (ko) * 2014-12-02 2016-06-10 현대자동차주식회사 전기자동차용 히트펌프 시스템 및 이의 제어 방법
KR102039173B1 (ko) * 2017-09-19 2019-10-31 에스트라오토모티브시스템 주식회사 자동차용 히트펌프
KR20220009707A (ko) * 2020-07-16 2022-01-25 한온시스템 주식회사 베이퍼 인젝션 모듈 및 이를 이용하는 히트펌프 시스템
KR20220032285A (ko) * 2020-09-07 2022-03-15 한온시스템 주식회사 베이퍼 인젝션 모듈 및 이를 이용하는 히트펌프 시스템

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015137779A (ja) * 2014-01-21 2015-07-30 株式会社デンソー ヒートポンプサイクル
KR20160066180A (ko) * 2014-12-02 2016-06-10 현대자동차주식회사 전기자동차용 히트펌프 시스템 및 이의 제어 방법
KR102039173B1 (ko) * 2017-09-19 2019-10-31 에스트라오토모티브시스템 주식회사 자동차용 히트펌프
KR20220009707A (ko) * 2020-07-16 2022-01-25 한온시스템 주식회사 베이퍼 인젝션 모듈 및 이를 이용하는 히트펌프 시스템
KR20220032285A (ko) * 2020-09-07 2022-03-15 한온시스템 주식회사 베이퍼 인젝션 모듈 및 이를 이용하는 히트펌프 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
US20260009568A1 (en) 2026-01-08
KR20240010792A (ko) 2024-01-25
DE112023002225T5 (de) 2025-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102612458B1 (ko) 베이퍼 인젝션 모듈 및 이를 이용하는 히트펌프 시스템
KR102566889B1 (ko) 베이퍼 인젝션 모듈 및 이를 이용하는 히트펌프 시스템
KR102548358B1 (ko) 베이퍼 인젝션 모듈 및 이를 이용하는 히트펌프 시스템
WO2014175589A1 (en) Heat pump system for vehicle
WO2023068645A1 (ko) 냉난방 베이퍼 인젝션 시스템 및 이에 사용되는 베이퍼 인젝션 모듈
WO2018124789A1 (ko) 자동차용 히트펌프
WO2016036079A1 (ko) 차량용 히트 펌프 시스템
WO2016182165A1 (ko) 에어컨 시스템
WO2015046834A1 (ko) 공기조화기
WO2024019339A1 (ko) 차량용 히트펌프 시스템
KR101708193B1 (ko) 무시동 냉난방시스템
WO2024019334A1 (ko) 베이퍼 인젝션 히트펌프 시스템 및 이의 운영 방법
WO2024019333A1 (ko) 베이퍼 인젝션 히트펌프 시스템 및 이의 운영 방법
WO2018182303A1 (ko) 냉매 저장수단을 구비한 히트펌프
WO2019203620A1 (ko) 저온 저장고의 냉각 시스템
WO2013032197A1 (ko) 냉동차량용 냉각장치
WO2024014737A1 (ko) 기액분리기 일체형 매니폴드 유체 모듈
KR102326343B1 (ko) 차량용 히트 펌프 시스템
WO2011013948A2 (en) Refrigerator
WO2023128365A1 (ko) 3-way 밸브 및 이를 이용하는 히프펌프 시스템
WO2019098794A1 (ko) 가스 히트펌프 시스템의 실외기
WO2024135992A1 (ko) 유체 제어용 밸브 어셈블리
WO2025220901A1 (ko) 차량용 열관리 시스템
WO2025023559A1 (ko) 베이퍼 인젝션 모듈 및 이를 포함하는 베이퍼 인젝션 시스템
WO2025143865A1 (ko) 차량용 히트펌프 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23843187

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 112023002225

Country of ref document: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 18994021

Country of ref document: US

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 112023002225

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 23843187

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 18994021

Country of ref document: US