KR101572576B1

KR101572576B1 - 차량용 히트 펌프 시스템

Info

Publication number: KR101572576B1
Application number: KR1020120152863A
Authority: KR
Inventors: 최영호; 이성제
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2015-12-01
Also published as: KR20140083295A

Abstract

본 발명은 차량용 히트 펌프 시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 히트펌프 모드시 차실내 제습을 위해 팽창밸브를 바이패스하여 증발기로 저온 냉매를 공급하는 제습라인을 구비한 차량용 히트 펌프 시스템에서, 상기 팽창밸브에 상기 제습라인이 연결되는 바이패스유로를 형성하여 상기 제습라인을 유동하는 저온 냉매가 상기 팽창밸브의 팽창유로를 바이패스하여 상기 증발기로 공급되도록 함으로써, 상기 제습라인을 구비하면서도 상기 증발기의 플랜지에 상기 팽창밸브를 직접 연결할 수 있어 기존에 증발기의 플랜지에 연결되던 연결블럭을 삭제할 수 있음은 물론 팽창밸브를 고정하기 위한 별도의 구조도 필요없어 부품수 및 중량을 절감할 수 있고, 상기 제습라인이 팽창밸브에 직접 연결되므로 제습라인을 연결하기 위한 별도의 연결구조 및 용접이 필요없어 제조성도 향상할 수 있는 차량용 히트 펌프 시스템에 관한 것이다.

Description

차량용 히트 펌프 시스템{Heat pump system for vehicle}

본 발명은 차량용 히트 펌프 시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 히트펌프 모드시 차실내 제습을 위해 팽창밸브를 바이패스하여 증발기로 저온 냉매를 공급하는 제습라인을 구비한 차량용 히트 펌프 시스템에서, 상기 팽창밸브에 상기 제습라인이 연결되는 바이패스유로를 형성하여 상기 제습라인을 유동하는 저온 냉매가 상기 팽창밸브의 팽창유로를 바이패스하여 상기 증발기로 공급되도록 한 차량용 히트 펌프 시스템에 관한 것이다.

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 공조장치와는 다른 것으로, 하나의 냉매사이클을 이용하여 냉매의 유동방향을 전환함으로써, 냉방과 난방을 선택적으로 수행할 수 있는 히트펌프 시스템이 적용되고 있는데, 예컨대 2개의 열교환기(즉, 공조케이스 내부에 설치되어 차량 실내로 송풍되는 공기와 열교환하기 위한 실내 열교환기와, 공조케이스 외부에서 열교환하기 위한 실외 열교환기)와, 냉매의 유동방향을 전환할 수 있는 방향조절밸브를 구비한다. 따라서, 방향조절밸브에 의한 냉매의 유동방향에 따라 냉방모드가 가동될 경우에는 상기 실내 열교환기가 냉방용 열교환기의 역할을 하게 되며, 난방모드가 가동될 경우에는 상기 실내 열교환기가 난방용 열교환기의 역할을 하게 된다.

이러한 차량용 히트펌프 시스템으로 다양한 종류가 제안되고 있는데, 그 대표적인 일예가 도 1에 도시되어 있다.

도 1에 도시된 차량용 히트펌프 시스템은, 냉매를 압축하고 토출하는 압축기(30)와, 상기 압축기(30)로부터 토출되는 냉매를 방열시키는 고압측 열교환기(32)와, 병렬구조로 설치되어 상기 고압측 열교환기(32)를 통과한 냉매를 선택적으로 통과시키는 제1팽창밸브(34) 및 제1바이패스 밸브(36)와, 상기 제1팽창밸브(34) 또는 제1바이패스 밸브(36)를 통과한 냉매를 실외에서 열교환시키는 실외열교환기(48)와, 상기 실외열교환기(48)를 통과한 냉매를 증발시키는 저압측 열교환기(60)와, 상기 저압측 열교환기(60)를 통과한 냉매를 기상과 액상의 냉매로 분리하는 어큐뮬레이터(Accumulator, 62)와, 상기 저압측 열교환기(60)로 공급되는 냉매와, 압축기(30)로 복귀하는 냉매를 열교환시키는 내부열교환기(50)와, 상기 저압측 열교환기(60)로 공급되는 냉매를 선택적으로 팽창시키는 제2팽창밸브(56)와, 그리고 상기 제2팽창밸브(56)와 병렬로 설치되어 상기 실외열교환기(48)의 출구측과 상기 어큐뮬레이터(62)의 입구측을 선택적으로 연결하는 제2바이패스 밸브(58)를 포함하여 이루어진다.

도 1 중 도면부호 10은 상기 고압측 열교환기(32)와 저압측 열교환기(60)가 내장되는 공조케이스, 도면부호 12는 냉기와 온기의 혼합량을 조절하는 온도조절도어, 도면부호 20은 상기 공조케이스의 입구에 설치되는 송풍기를 각각 나타낸다.

상기한 바와 같이 구성된 종래 차량용 히트펌프 시스템에 따르면, 히트펌프 모드(난방모드)가 가동될 경우에는, 제1바이패스 밸브(36) 및 제2팽창밸브(56)는 닫히고, 제1팽창밸브(34) 및 제2바이패스 밸브(58)는 개방된다. 또한, 온도조절도어(12)는 도 1처럼 동작한다. 따라서, 압축기(30)로부터 토출되는 냉매는 고압측 열교환기(32), 제1팽창밸브(34), 실외열교환기(48), 내부열교환기(50)의 고압부(52), 제2바이패스 밸브(58), 어큐뮬레이터(62) 및 상기 내부열교환기(50)의 저압부(54)를 차례로 거쳐 압축기(30)로 복귀한다. 즉, 상기 고압측 열교환기(32)가 난방기의 역할을 하게 되고, 상기 실외열교환기(48)는 증발기의 역할을 하게 된다.

에어컨 모드(냉방모드)가 가동될 경우에는, 제1바이패스 밸브(36) 및 제2팽창밸브(56)는 개방되고, 제1팽창밸브(34) 및 제2바이패스 밸브(58)는 닫히게 된다. 또한, 온도조절도어(12)는 고압측 열교환기(32) 통로를 폐쇄하게 된다. 따라서, 압축기(30)로부터 토출되는 냉매는 고압측 열교환기(32), 제1바이패스밸브(36), 실외열교환기(48), 내부열교환기(50)의 고압부(52), 제2팽창밸브(56), 저압측 열교환기(60), 어큐뮬레이터(62) 및 상기 내부열교환기(50)의 저압부(54)를 차례로 거쳐 압축기(30)로 복귀한다. 즉, 상기 저압측 열교환기(60)가 증발기의 역할을 하게 되고, 상기 온도조절도어(12)에 의해 폐쇄된 상기 고압측 열교환기(32)는 히트펌프 모드시와 동일하게 난방기의 역할을 하게 된다.

그러나, 상기 종래의 차량용 히트펌프 시스템은, 히트펌프 모드(난방모드)시 상기 공조케이스(10)의 내부에 설치된 고압측 열교환기(32)가 난방기 역할을 하여 난방을 수행하게 되고, 상기 실외열교환기(48)는 공조케이스(10)의 외부 즉, 차량의 엔진룸 전방측에 설치되어 외기와 열교환하는 증발기 역할을 하게 되는데,

이때, 상기 실외열교환기(48)로 유입되는 냉매의 온도가 외기온도 보다 높을 경우, 다시말해 외기온도가 냉매온도 보다 낮을 경우에는, 외기로부터 열을 흡수(흡열)하지 못하여 상기 실외열교환기의 열교환 효율이 떨어지게 되고, 이로인해 히트 펌프 시스템의 난방성능 및 효율도 떨어지는 문제가 있었다.

상기의 문제를 해결하기 위해 본 발명의 출원인이 선출원한 특허공개번호 제10-2012-0103054호 차량용 히트 펌프 시스템을 도 2를 참조하여 간략히 설명하면,

냉매 순환라인(R)상에 설치되어 냉매를 압축하여 배출하는 압축기(70)와,

공조케이스(80)의 내부에 설치됨과 아울러 상기 압축기(70)의 출구측 냉매 순환라인(R)과 연결되어 상기 공조케이스(80)내를 유동하는 공기와 상기 압축기(70)에서 배출된 냉매를 열교환시키는 실내열교환기(71)와,

상기 공조케이스(80)의 내부에 설치됨과 아울러 상기 압축기(70)의 입구측 냉매 순환라인(R)과 연결되어 상기 공조케이스(80)내를 유동하는 공기와 상기 압축기(70)로 공급되는 냉매를 열교환시키는 증발기(75)와,

상기 공조케이스(80)의 외부에 설치되어 상기 냉매 순환라인(R)을 순환하는 냉매와 실외공기를 열교환시키는 실외열교환기(73)와,

상기 증발기(75)의 입구측 냉매 순환라인(R)상에 설치되어 상기 증발기(75)로 공급되는 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(74)와,

상기 팽창밸브(74)의 입구측 냉매 순환라인(R)과 상기 증발기(75)의 출구측 냉매 순환라인(R)을 연결하도록 설치되어 순환 냉매가 상기 팽창밸브(74) 및 증발기(75)를 바이패스하도록 하는 제1바이패스라인(R1)과,

상기 제1바이패스라인(R1)과 상기 냉매 순환라인(R)의 분기지점에 설치되어 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 실외열교환기(73)를 통과한 냉매가 상기 제1바이패스라인(R1) 또는 상기 팽창밸브(74)로 흐로도록 냉매 흐름방향을 전환하는 제1방향전환밸브(90)와,

상기 제1바이패스라인(R1)상에 설치되어 제1바이패스라인(R1)을 따라 흐르는 냉매에 열을 공급하는 열공급수단(76)과,

상기 실외열교환기(73)의 입구측 냉매 순환라인(R)상에 설치되어 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 실외열교환기(73)로 공급되는 냉매를 선택적으로 팽창시키는 팽창수단(72)을 포함하여 이루어진다.

또한, 히트펌프모드에서 차실내 제습을 위해, 상기 제1바이패스라인(R1)의 열공급수단(76)으로 공급되는 냉매 중 일부를 상기 증발기(75)측으로 유동시키도록 상기 제1바이패스라인(R1)과 상기 증발기(75)의 입구측 냉매 순환라인(R)을 연결하는 제습라인(R4)이 설치되고,

아울러, 상기 팽창수단(72)을 통과한 냉매가 상기 실외열교환기(73)를 바이패스하도록 제2바이패스라인(R2)이 설치된다.

따라서, 실외온도가 영하인 조건에서는 상기 제1바이패스라인(R2)을 통해 실외열교환기(73)를 바이패스하므로 저온의 실외공기 영향을 최소화함은 물론 열공급수단(76)을 통해 전장품의 폐열을 회수하므로 히트펌프 시스템의 원활한 작동 및 난방성능을 향상하는 것이다.

그러나, 히트펌프모드에서 차실내 제습시, 상기 제습라인(R4)을 통해 저온 냉매를 증발기(75)로 공급하여 제습을 수행하게 되는데, 이때 상기 제습라인(R4)이 연결되는 부위를 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.

먼저, 히트펌프모드시에는, 압축기(70), 실내열교환기(71), 팽창수단(72), 실외열교환기(73), 제1바이패스라인(R1)으로 냉매가 순환하게 되고, 이때 상기 제1바이패스라인(R1)을 유동하는 저온 냉매 중 일부가 상기 제습라인(R4)을 통해 증발기(75)로 공급되어 제습을 수행하게 된다.

이때, 상기 제습라인(R4)은 상기 팽창밸브(74)를 바이패스해야하므로 상기 팽창밸브(74)와 증발기(75)의 사이에 연결되는데, 이를 위해 상기 증발기(75)의 입,출구파이프(75a)에 구비된 플랜지(75b)에 별도의 연결블럭(77)을 설치하고, 상기 연결블럭(77)과 팽창밸브(74)를 배관(78)으로 연결하게 된다.

이후, 상기 팽창밸브(74)와 연결블럭(77)을 연결하는 배관(78)측에 상기 제습라인(R4)을 용접하게 되며, 즉, 상기 배관(78)과 제습라인(R4)이 연결되는 부위에 별도의 연결구조(T자 커넥터)(78a)를 설치하여 용접하게 된다.

그러나, 상기 종래기술은, 상기 증발기(75)의 플랜지(75b)측에 별도의 연결블럭(77)을 설치해야 하고 상기 팽창밸브(74)를 고정하기 위해 별도의 구조물도 필요하여 부품수 및 중량이 증가하는 문제가 있다.

또한, 상기 제습라인(R4)을 상기 팽창밸브(74)와 연결블럭(77) 사이의 배관(78)에 연결하기 위하여 별도의 연결구조(T형 커넥터)(78a)로 용접해야하므로 제조성도 저하되는 문제가 있었다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 히트펌프 모드시 차실내 제습을 위해 팽창밸브를 바이패스하여 증발기로 저온 냉매를 공급하는 제습라인을 구비한 차량용 히트 펌프 시스템에서, 상기 팽창밸브에 상기 제습라인이 연결되는 바이패스유로를 형성하여 상기 제습라인을 유동하는 저온 냉매가 상기 팽창밸브의 팽창유로를 바이패스하여 상기 증발기로 공급되도록 함으로써, 상기 제습라인을 구비하면서도 상기 증발기의 플랜지에 상기 팽창밸브를 직접 연결할 수 있어 기존에 증발기의 플랜지에 연결되던 연결블럭을 삭제할 수 있음은 물론 팽창밸브를 고정하기 위한 별도의 구조도 필요없어 부품수 및 중량을 절감할 수 있고, 상기 제습라인이 팽창밸브에 직접 연결되므로 제습라인을 연결하기 위한 별도의 연결구조 및 용접이 필요없어 제조성도 향상할 수 있는 차량용 히트 펌프 시스템을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 증발기의 입구측 냉매 순환라인상에 연결 설치됨과 아울러 상기 증발기로 공급되는 냉매를 팽창시키도록 팽창유로를 갖는 팽창밸브를 구비하고, 히트펌프 모드에서 차실내 제습시 상기 냉매 순환라인을 순환하는 저온 냉매를 상기 팽창밸브를 바이패스하여 상기 증발기로 공급하는 제습라인을 포함하여 이루어진 차량용 히트 펌프 시스템에 있어서, 상기 팽창밸브에는, 상기 제습라인이 연결됨과 아울러 상기 제습라인을 유동하는 저온 냉매가 상기 팽창유로를 바이패스하여 상기 증발기로 공급될 수 있도록 바이패스유로가 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 히트펌프 모드시 차실내 제습을 위해 팽창밸브를 바이패스하여 증발기로 저온 냉매를 공급하는 제습라인을 구비한 차량용 히트 펌프 시스템에서, 상기 팽창밸브에 상기 제습라인이 연결되는 바이패스유로를 형성하여 상기 제습라인을 유동하는 저온 냉매가 상기 팽창밸브의 팽창유로를 바이패스하여 상기 증발기로 공급되도록 함으로써, 상기 제습라인을 구비하면서도 상기 증발기의 플랜지에 상기 팽창밸브를 직접 연결할 수 있어 기존에 증발기의 플랜지에 연결되던 연결블럭을 삭제할 수 있음은 물론 팽창밸브가 증발기의 플랜지에 직접 고정되기 때문에 팽창밸브를 고정하기 위한 별도의 구조도 필요없어 부품수 및 중량을 절감할 수 있다.

또한, 상기 제습라인을 팽창밸브의 바이패스유로측에 직접 연결하므로 상기 제습라인을 연결하기 위한 별도의 연결구조들이 필요없고 용접도 필요없어 제조성이 향상된다.

도 1은 종래의 차량용 히트 펌프 시스템을 나타내는 구성도,
도 2는 종래의 차량용 히트 펌프 시스템의 다른 실시예를 나타내는 구성도,
도 3은 도 2에서 제습라인이 설치된 부위를 나타내는 확대 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템에서 에어컨 모드를 나타내는 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템에서 히트펌프 모드의 제1난방모드를 나타내는 구성도,
도 6은 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템에서 히트펌프 모드의 제1난방모드 작동 중 제습모드를 나타내는 구성도,
도 7은 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템에서 히트펌프 모드의 제2난방모드를 나타내는 구성도,
도 8은 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템에서 히트펌프 모드의 제2난방모드 작동 중 제습모드를 나타내는 구성도,
도 9는 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템에서 제습라인이 설치된 부위를 나타내는 확대 사시도,
도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템에서 팽창밸브를 나타내는 사시도,
도 12는 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템에서 팽창밸브를 나타내는 단면 사시도이다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템은, 냉매순환라인(R)상에 압축기(100)와, 실내열교환기(110)와, 팽창수단(120)과, 실외열교환기(130)와, 팽창밸브(140)와, 증발기(160)가 순차적으로 연결되어 구성되는 것으로서, 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에 적용되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 냉매순환라인(R)상에는, 상기 팽창밸브(140) 및 증발기(160)를 바이패스하는 제1바이패스라인(R1)과, 상기 실외열교환기(130)를 바이패스하는 제2바이패스라인(R2)과, 팽창수단(120)이 설치되는 팽창라인(R3)이 각각 병렬로 연결 설치되며, 상기 제1바이패스라인(R1)의 분기지점에는 제1방향전환밸브(191)가 설치되고, 상기 제2바이패스라인(R2)의 분기지점에는 제2방향전환밸브(192)가 설치되며, 상기 팽창라인(R3)의 분기지점에는 상기 제3방향전환밸브(193)가 설치된다.

아울러, 상기 제1바이패스라인(R1)과 후술하는 팽창밸브(140)의 바이패스유로(147)를 연결하도록 제습라인(R4)이 설치되고, 상기 제습라인(R4)상에는 온오프 밸브(195)가 설치된다.

따라서, 에어컨 모드시에는, 도 4와 같이 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 실내열교환기(110), 실외열교환기(130), 팽창밸브(140), 증발기(160), 압축기(100)를 순차적으로 순환하게 되며, 이때, 상기 실내열교환기(110)는 응축기 역할을 수행하고 상기 증발기(160)는 증발기 역할을 수행하게 된다.

한편, 상기 실외열교환기(130)는 상기 실내열교환기(110)와 같은 응축기 역할을 하게 된다.

히트펌프 모드시(제1난방모드시)에는, 도 5와 같이 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 실내열교환기(110), 팽창수단(120), 실외열교환기(130), 제1바이패스라인(R1), 압축기(100)를 순차적으로 순환하게 되며, 이때, 상기 실내열교환기(110)는 응축기 역할을 수행하고 상기 실외열교환기(130)는 증발기 역할을 수행하며, 상기 팽창밸브(140) 및 증발기(160)로는 냉매 공급이 되지 않는다.

한편, 히트펌프 모드에서 차실내 제습시에는 상기 제1바이패스라인(R1)을 유동하는 냉매의 일부가 상기 제습라인(R4)을 통해 증발기(160)로 공급되므로 차실내 제습을 수행하게 된다.

이처럼, 본 발명의 히트펌프 시스템은, 에어컨 모드 및 히트펌프 모드시 냉매 순환방향이 동일하여 냉매순환라인(R)을 공용화할 수 있고, 냉매가 흐르지 않을 때 발생하는 냉매 정체현상을 방지하며, 냉매순환라인(R)도 단순화 할 수 있다.

이하, 히트 펌프 시스템의 각 구성요소별로 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 상기 냉매순환라인(R)상에 설치된 압축기(100)는 엔진(내연기관 또는 모터 등)으로부터 동력을 전달받아 구동하면서 냉매를 흡입하여 압축한 후 고온 고압의 기체 상태로 배출하게 된다.

상기 압축기(100)는, 에어컨 모드시 상기 증발기(160)측에서 배출된 냉매를 흡입,압축하여 실내열교환기(110)측으로 공급하게 되고, 히트펌프 모드시에는 상기 실외열교환기(130)측에서 배출되어 제1바이패스라인(R1)을 통과한 냉매를 흡입,압축하여 실내열교환기(110)측으로 공급하게 된다.

아울러, 히트펌프 모드 중 제습모드시에는, 후술하는 제습라인(R4)을 통해 제1바이패스라인(R1)과 증발기(160)로 동시에 냉매가 공급되므로, 이 경우 상기 압축기(100)는 상기 제1바이패스라인(R1)과 증발기(160)를 통과한 후 합류된 냉매를 흡입,압축하여 실내열교환기(110)측으로 공급하게 된다.

상기 실내열교환기(110)는, 공조케이스(150)의 내부에 설치됨과 아울러 상기 압축기(100)의 출구측 냉매순환라인(R)과 연결되어, 상기 공조케이스(150)내를 유동하는 공기와 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매를 열교환시키게 된다.

또한, 상기 증발기(160)는, 공조케이스(150)의 내부에 설치됨과 아울러 상기 압축기(100)의 입구측 냉매순환라인(R)과 연결되어, 상기 공조케이스(150)내를 유동하는 공기와 상기 압축기(100)로 공급되는 냉매를 열교환시키게 된다.

상기 실내열교환기(110)는, 에어컨 모드 및 히트펌프 모드시 모두 응축기 역할을 하게 되고,

상기 증발기(160)는, 에어컨 모드시 증발기 역할을 하고, 히트펌프 모드 중 제1,2난방모드시에는 냉매 공급이 되지 않아 작동 정지되며, 제습모드시에는 냉매가 일부 공급되어 증발기 역할을 수행하게 된다.

또한, 상기 실내열교환기(110) 및 증발기(160)는, 상기 공조케이스(150)의 내부에 서로 일정간격 이격되어 설치되되, 상기 공조케이스(150)내의 공기유동방향 상류측에서부터 상기 증발기(160)와 실내열교환기(110)가 순차적으로 설치된다.

따라서, 상기 증발기(160)가 증발기 역할을 수행하는 에어컨 모드시에는 도 4와 같이, 상기 팽창밸브(140)에서 배출된 저온 저압의 냉매가 상기 증발기(160)로 공급되고, 이때 블로어(미도시)를 통해 공조케이스(150)의 내부를 유동하는 공기가 상기 증발기(160)를 통과하는 과정에서 증발기(160) 내부의 저온 저압의 냉매와 열교환하여 냉풍으로 바뀐 뒤, 차량 실내로 토출되어 차실내를 냉방하게 된다.

상기 실내열교환기(110)가 응축기 역할을 수행하는 히트펌프 모드시(제1난방모드시)에는 도 5와 같이, 상기 압축기(100)에서 배출된 고온 고압의 냉매가 상기 실내열교환기(110)로 공급되고, 이때 블로어(미도시)를 통해 공조케이스(150)의 내부를 유동하는 공기가 상기 실내열교환기(110)를 통과하는 과정에서 실내열교환기(110) 내부의 고온 고압의 냉매와 열교환하여 온풍으로 바뀐 뒤, 차량 실내로 토출되어 차실내를 난방하게 된다.

한편, 상기 증발기(160)의 크기는, 상기 실내열교환기(110)의 크기 보다 더 큰 것이 바람직하다.

그리고, 상기 공조케이스(150)의 내부에서 상기 증발기(160)와 상기 실내열교환기(110)의 사이에는, 상기 실내열교환기(110)를 바이패스하는 공기의 양과 통과하는 공기의 양을 조절하는 온도조절도어(151)가 설치된다.

상기 온도조절도어(151)는, 상기 실내열교환기(110)를 바이패스하는 공기의 양과 실내열교환기(110)를 통과하는 공기의 양을 조절하여 상기 공조케이스(150)에서 토출되는 공기의 온도를 적절하게 조절할 수 있는데,

이때, 에어컨 모드시 도 4와 같이 상기 온도조절도어(151)를 통해 상기 실내열교환기(110)의 전방측 통로를 완전히 폐쇄하게 되면, 증발기(160)를 통과한 냉풍이 실내열교환기(110)를 바이패스하여 차실내로 공급되므로 최대 냉방이 수행되고, 히트펌프 모드시(제1난방모드시)에는 도 5와 같이 상기 온도조절도어(151)를 통해 상기 실내열교환기(110)를 바이패스하는 통로를 완전히 폐쇄하게 되면, 모든 공기가 응축기 역할을 하는 실내열교환기(110)를 통과하면서 온풍으로 바뀌게 되고 이 온풍이 차실내로 공급되므로 최대 난방이 수행된다.

그리고, 상기 실외열교환기(130)는, 상기 공조케이스(150)의 외부에 설치됨과 아울러 상기 냉매순환라인(R)과 연결되어, 상기 냉매순환라인(R)을 순환하는 냉매와 외기를 열교환시키게 된다.

여기서, 상기 실외열교환기(130)는 차량 엔진룸의 전방측에 설치되어 내부를 유동하는 냉매를 외기와 열교환시키게 된다.

상기 실외열교환기(130)는, 에어컨 모드시 상기 실내열교환기(110)와 동일한 응축기 역할을 하게 되며, 이때 실외열교환기(130)의 내부를 유동하는 고온 냉매가 외기와 열교환하게 되면서 응축되게 된다. 히트펌프 모드시(제1난방모드시)에는 상기 실내열교환기(110)와 상반되는 증발기 역할을 하게 되는데, 이때 실외열교환기(130)의 내부를 유동하는 저온 냉매가 외기와 열교환하게 되면서 증발하게 된다.

그리고, 상기 팽창수단(120)은, 상기 실내열교환기(110)와 실외열교환기(130) 사이의 냉매순환라인(R)상에 설치되어, 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 실외열교환기(130)로 공급되는 냉매를 선택적으로 팽창시키게 된다.

상기 팽창수단(120)은, 상기 실내열교환기(110)와 실외열교환기(130) 사이의 냉매순환라인(R)상에 병렬로 연결된 팽창라인(R3)상에 설치된다.

여기서, 상기 팽창수단(120)은, 오리피스(121)로 이루어지는 것이 바람직하나 팽창밸브(140)로 이루어질 수도 있다.

또한, 상기 팽창라인(R3)과 상기 냉매순환라인(R)의 분기지점에는 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 실내열교환기(110)를 통과한 냉매가 상기 팽창라인(R3)을 통해 팽창수단(120)을 통과하거나 또는 팽창수단(120)을 바이패스하도록 냉매 흐름방향을 전환하는 제3방향전환밸브(193)가 설치된다.

따라서, 에어컨 모드시에는, 상기 압축기(100)에서 배출되어 상기 실내열교환기(110)를 통과한 냉매가 상기 제3방향전환밸브(193)에 의해 상기 팽창수단(120)을 바이패스하여 실외열교환기(130)로 공급되고, 히트펌프 모드시(제1난방모드시)에는, 상기 압축기(100)에서 배출되어 상기 실내열교환기(110)를 통과한 냉매가 상기 제3방향전환밸브(193)에 의해 상기 팽창라인(R3) 및 팽창수단(120)을 통과하면서 팽창된 후 상기 실외열교환기(130)로 공급되게 된다.

그리고, 상기 제1바이패스라인(R1)은, 상기 팽창밸브(140)의 입구측 냉매순환라인(R)과 상기 증발기(160)의 출구측 냉매순환라인(R)을 연결하도록 설치되어, 냉매순환라인(R)을 순환하는 냉매가 상기 팽창밸브(140) 및 증발기(160)를 선택적으로 바이패스하도록 하게 된다.

도면에서와 같이, 상기 제1바이패스라인(R1)은 상기 팽창밸브(140) 및 증발기(160)와 병렬로 배치되는데, 즉, 상기 제1바이패스라인(R1)의 입구측은 상기 실외열교환기(130)와 팽창밸브(140)을 연결하는 냉매순환라인(R)과 연결되고, 출구측은 상기 증발기(160)와 압축기(100)를 연결하는 냉매순환라인(R)과 연결된다.

이로인해, 에어컨 모드시에는 상기 실외열교환기(130)를 통과한 냉매가 상기 팽창밸브(140) 및 증발기(160)측으로 유동하게 되지만, 히트펌프 모드시(제1난방모드시)에는 상기 실외열교환기(130)를 통과한 냉매가 상기 제1바이패스라인(R1)을 통해 압축기(100)측으로 곧바로 유동하여 상기 팽창밸브(140) 및 증발기(160)를 바이패스 하게 된다.

여기서, 에어컨 모드 및 히트펌프 모드에 따라 냉매의 흐름방향을 전환하는 역할은 제1방향전환밸브(191)를 통해 이루어진다.

상기 제1방향전환밸브(191)는, 상기 제1바이패스라인(R1)과 상기 냉매순환라인(R)의 분기지점에 설치되어, 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 실외열교환기(130)를 통과한 냉매가 상기 제1바이패스라인(R1) 또는 상기 팽창밸브(140)로 흐르도록 냉매 흐름방향을 전환하게 된다.

이때, 제1방향전환밸브(191)는, 에어컨 모드시 상기 압축기(100)에서 배출되어 실내열교환기(110)와 실외열교환기(130)를 통과한 냉매가 상기 팽창밸브(140) 및 증발기(160)측으로 흐르도록 방향을 전환하게 되고, 히트펌프 모드시(제1난방모드시) 상기 압축기(100)에서 배출되어 실내열교환기(110)와 팽창수단(120) 및 실외열교환기(130)를 통과한 냉매가 상기 제1바이패스라인(R1)으로 흐르도록 방향을 전환하게 된다.

한편, 상기 제1방향전환밸브(191)는 상기 제1바이패스라인(R1)의 입구측 분기지점에 설치되며, 3방밸브를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 제1방향전환밸브(191) 뿐만아니라 제2방향전환밸브(192)와 제3방향전환밸브(193)도 3방밸브를 사용하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제1바이패스라인(R1)상에는 제1바이패스라인(R1)을 따라 흐르는 냉매에 열을 공급하는 열공급수단(180)이 설치된다.

상기 열공급수단(180)은, 차량 전장품(200)의 폐열을 상기 제1바이패스라인(R1)을 흐르는 냉매에 공급할 수 있도록, 상기 제1바이패스라인(R1)을 흐르는 냉매가 유동하는 냉매 열교환부(181a)와, 상기 냉매 열교환부(181a)의 일측에 열교환 가능하게 구비되어 상기 차량 전장품(200)을 순환하는 냉각수가 유동하는 냉각수 열교환부(181b)로 구성된 수냉식 열교환기(181)를 설치하여 이루어진다.

따라서, 히트펌프 모드시 차량 전장품(200)의 폐열로 부터 열원을 회수함으로써 난방성능을 향상시킬 수 있는 것이다.

한편, 상기 차량 전장품(200)으로는 대표적으로 모터와, 인버터 등이 있다.

그리고, 상기 제1바이패스라인(R1)을 따라 열공급수단(180)측으로 유동하는 냉매 일부를 상기 팽창밸브(140)의 바이패스유로(147)를 통해 상기 증발기(160)측으로 공급하도록, 상기 열공급수단(180)의 입구측 제1바이패스라인(R1)과 상기 팽창밸브(140)의 바이패스유로(147)를 연결하는 제습라인(R4)이 설치되고, 상기 제습라인(R4)상에는 냉매 유동을 온오프 제어하는 온오프 밸브(195)가 설치된다.

상기 온오프 밸브(195)는 차실내 제습모드시 개방됨으로써, 상기 제1방향전환밸브(191)에 의해 제1바이패스라인(R1)측으로 흐르는 냉매 중 일부는 수냉식 열교환기(181)를 통과하면서 차량 전장품(200)의 폐열을 회수하고, 일부는 상기 제습라인(R4) 및 팽창밸브(140)의 바이패스유로(147)를 통해 증발기(160)를 통과하게 된다.

이로인해, 상기 공조케이스(150)의 내부를 유동하는 공기가 상기 증발기(160)를 통과하면서 제습이 이루어지게 되고, 다시말해 제1,2난방모드와 같은 히트펌프 모드 작동 중에도 상기 제습라인(R4)을 통해 차실내 제습을 수행할 수 있는 것이다.

그리고, 상기 압축기(100)의 입구측 냉매순환라인(R)상에는 어큐뮬레이터(170)가 설치된다.

상기 어큐뮬레이터(170)는 상기 압축기(100)로 공급되는 냉매 중에서 액상 냉매와 기상 냉매를 분리하여 압축기(100)로 기상 냉매만 공급될 수 있도록 하게 된다.

그리고, 상기 공조케이스(150) 내부의 실내열교환기(110) 하류측에는 난방성능을 향상할 수 있도록 전기 가열식 히터(115)가 더 설치된다.

즉, 차량의 시동 초기에 보조열원으로 상기 전기 가열식 히터(115)를 작동시킴으로써 난방성능을 향상시킬 수 있고, 또한 난방 열원이 부족할 경우에도 상기 전기 가열식 히터(115)를 가동할 수 있다.

상기 전기 가열식 히터(115)로는 PTC히터를 사용하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 냉매순환라인(R)에는 상기 팽창수단(120)을 선택적으로 통과한 냉매가 상기 실외열교환기(130)를 바이패스하도록 제2바이패스라인(R2)이 병렬로 설치되는데, 즉, 상기 제2바이패스라인(R2)은 상기 실외열교환기(130)의 입구측 냉매순환라인(R)과 출구측 냉매순환라인(R)을 연결하도록 설치되어, 냉매순환라인(R)을 순환하는 냉매가 실외열교환기(130)를 바이패스하도록 하게 된다.

또한, 상기 냉매순환라인(R)을 순환하는 냉매가 상기 제2바이패스라인(R2)으로 선택적으로 유동하도록 냉매의 유동방향을 전환하는 제2방향전환밸브(192)가 설치되는데, 상기 제2방향전환밸브(192)는 상기 제2바이패스라인(R2)과 상기 냉매순환라인(R)의 분기지점에 설치되어, 상기 실외열교환기(130) 또는 제2바이패스라인(R2)으로 냉매가 흐르도록 냉매의 흐름방향을 전환하게 된다.

이때, 상기 제2방향전환밸브(192)는, 실외 온도가 0℃ 미만이면 상기 실외열교환기(130)가 외기로부터 흡열을 원활하게 하지 못하므로 상기 냉매순환라인(R)을 순환하는 냉매가 상기 실외열교환기(130)를 바이패스하도록 하게 된다.

한편, 상기 실외 온도 0℃를 반드시 기준으로 하지 않고, 상기 외기와 상기 실외열교환기(130)를 흐르는 냉매간에 열교환 효율이 좋은 경우에만 상기 실외열교환기(130)로 냉매가 통과하고 열교환 효율이 좋지 않은 경우에는 실외열교환기(130)를 바이패스하도록 하여 시스템의 난방성능 및 효율을 향상할 수 있다.

그리고, 상기 팽창밸브(140)는, 상기 증발기(160)의 입구측 냉매순환라인(R)상에 연결 설치됨과 아울러 증발기(160)로 공급되는 냉매를 팽창시키도록 팽창유로(144)를 구비한다.

즉, 상기 팽창밸브(140)는, 에어컨 모드시 상기 실외열교환기(130)에서 배출된 냉매를 팽창시켜 저온 저압의 액상(습포화) 상태가 되게 한 후, 상기 증발기(160)로 공급하게 된다.

상기 팽창밸브(140)는, 상기 증발기(160)로 공급되는 냉매를 팽창시키도록 입,출구(142a,142b)의 사이에 상기 팽창유로(144)를 구비한 제1유로(142) 및 상기 증발기(160)에서 배출된 냉매가 유동하는 제2유로(143)가 형성된 본체(141)와, 상기 본체(141)내에 설치되어 상기 팽창유로(144)의 개도를 조절함으로써 상기 팽창유로(144)를 통과하는 냉매의 유량을 조절하는 밸브체(145)와, 상기 본체(141)의 내부에 승하강 가능하게 설치됨과 아울러 상기 제2유로(143)를 유동하는 증발기(160)의 출구측 냉매의 온도변화에 따라 상기 밸브체(145)를 승하강시키는 로드(146)로 이루어진다.

또한, 상기 본체(141)의 상단부에는 상기 제2유로(143)내를 흐르는 냉매의 온도변화에 따라 변위되는 다이아프램(미도시)이 설치된다. 따라서, 상기 다이아프램의 변위에 따라 상기 로드(146)가 승하강하면서 상기 밸브체(145)를 작동시키게 되는 것이다.

여기서, 상기 제1유로(142)의 입구(142a)와 출구(142b)의 중심선이 이루는 각은 90°이고, 상기 제2유로(143) 역시 입구(143a)와 출구(143b)의 중심선이 90°를 이루도록 형성된다.

그리고, 상기 팽창밸브(140)에는, 상기 제습라인(R4)이 연결됨과 아울러 상기 제습라인(R4)을 유동하는 저온 냉매가 상기 팽창유로(144)를 바이패스하여 상기 증발기(160)로 공급될 수 있도록 바이패스유로(147)가 형성된다.

상기 바이패스유로(147)는, 상기 본체(141)에 형성되되, 냉매유동방향으로 상기 팽창유로(144)의 하류측인 상기 제1유로(142)의 출구(142b)와 연통되게 형성된다.

이때, 상기 바이패스유로(147)는 상기 제1유로(142)의 출구(142b)와 동심상에 형성된다.

또한, 상기 팽창밸브(140)는, 상기 증발기(160)의 입,출구파이프(161)측에 구비된 플랜지(162)에 직접 연결 결합된다. 즉 상기 본체(141)에서 상기 제1유로(142)의 출구(142b) 및 상기 제2유로(143)의 입구(143a)측 면이 상기 증발기(160)의 플랜지(162)와 결합되게 된다.

아울러, 상기 바이패스유로(147)가 형성된 상기 본체(141)의 외측면에는, 상기 제습라인(R4)의 단부에 구비되는 플랜지(196)가 결합될 수 있도록 스터드볼트(148)가 구비된다. 즉, 종래(도3)에는 제습라인(R4)을 연결블럭(77)과 팽창밸브(74) 사이의 배관(78)에 별도의 연결구조(T자 커넥터)(78a)를 이용하여 용접하였으나, 본원발명에서는 상기 팽창밸브(140) 자체에 팽창유로(144)를 바이패스하는 바이패스유로(147)를 형성함으로 인해 상기 제습라인(R4)을 팽창밸브(140)의 바이패스유로(147)에 직접 플랜지(196)로 연결 결합할 수 있는 것이다.

히트펌프 모드시에는 상기 팽창수단(120)에서 냉매가 팽창하기 때문에 상기 팽창밸브(140)에서는 팽창하지 않고 상기 바이패스유로(147)를 통해 팽창밸브(140)의 팽창유로(144)를 바이패스하여 곧바로 증발기(160)로 공급된다.

한편, 상기 제습라인(R4)의 단부는 상기 팽창밸브(140)의 바이패스유로(147)에 삽입하고, 상기 제습라인(R4)의 단부에 구비된 플랜지(196)는 상기 팽창밸브(140)의 스터드볼트(148)와 볼트결합함으로써, 간편하게 조립이 가능하다.

이처럼 본 발명은, 상기 제습라인(R4)을 유동하는 냉매가 상기 팽창밸브(140)를 바이패스하도록 하는 바이패스유로(147)를 팽창밸브(140) 자체에 형성하여 팽창유로(144)를 바이패스 한 후, 증발기(160)로 공급되도록 함으로써, 상기 제습라인(R4)을 구비하면서도 상기 증발기(160)의 플랜지(162)에 상기 팽창밸브(140)를 직접 연결할 수 있어 기존에 증발기(75)의 플랜지(75b)에 연결되던 연결블럭(77)을 삭제할 수 있음은 물론 팽창밸브(140)가 증발기(160)의 플랜지(162)에 직접 고정되기 때문에 팽창밸브(140)를 고정하기 위한 별도의 구조도 필요없어 부품수 및 중량을 절감할 수 있다.

또한, 상기 제습라인(R4)을 팽창밸브(140)의 바이패스유로(147)측에 직접 연결하므로 상기 제습라인(R4)을 연결하기 위한 별도의 연결구조들이 필요없고 용접도 필요없어 제조성이 향상된다.

이하, 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 작용을 설명하기로 한다.

가. 에어컨 모드(냉방 모드)(도 4)

에어컨 모드(냉방 모드)시에는, 도 4와 같이, 상기 제2방향전환밸브(192)를 통해 제2바이패스라인(R2)이 폐쇄되고, 상기 제1방향전환밸브(191)를 통해 상기 제1바이패스라인(R1)도 폐쇄되며, 상기 제3방향전환밸브(193)는 팽창라인(R3)을 폐쇄하게 된다.

또한, 상기 열공급수단(180)의 수냉식 열교환기(181)로는 전장품(200)을 순환하는 냉각수가 공급되지 않는다.

한편, 최대 냉방시에는 상기 공조케이스(150)내의 온도조절도어(151)가 실내열교환기(110)를 통과하는 통로를 폐쇄하도록 작동하여, 블로어에 의해 공조케이스(150)내로 송풍된 공기가 상기 증발기(160)를 통과하면서 냉각된 후 실내열교환기(110)를 바이패스 하여 차실내로 공급됨으로써, 차실내를 냉방하게 된다.

계속해서, 냉매 순환과정을 설명하면,

상기 압축기(100)에서 압축된 후 배출되는 고온 고압의 기상 냉매는 상기 공조케이스(150)의 내부에 설치된 상기 실내열교환기(110)로 공급된다.

상기 실내열교환기(110)로 공급된 냉매는, 도 4와 같이 온도조절도어(151)가 실내열교환기(110)측 통로를 폐쇄하고 있으므로 공기와 열교환하지 않고 곧바로 상기 실외열교환기(130)로 유동하게 된다.

상기 실외열교환기(130)로 유동한 냉매는, 외기와 열교환하게 되면서 응축되며, 이로인해 기상 냉매가 액상 냉매로 바뀌게 된다.

한편, 상기 실내열교환기(110)와 실외열교환기(130)는 모두 응축기 역할을 하게 되지만, 외기와 열교환하는 상기 실외열교환기(130)에서 주로 냉매가 응축되게 된다.

계속해서, 상기 실외열교환기(130)를 통과한 냉매는, 상기 팽창밸브(140)를 통과하는 과정에서 감압 팽창되어 저온 저압의 액상냉매가 된 후, 상기 증발기(160)로 유입된다.

상기 증발기(160)로 유입된 냉매는 블로어를 통해 공조케이스(150) 내부로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발함과 동시에 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 공기를 냉각하게 되며, 이처럼 냉각된 공기가 차량 실내로 공급되어 냉방하게 된다.

이후, 상기 증발기(160)에서 배출된 냉매는 상기 압축기(100)로 유입되면서 상술한 바와 같은 사이클을 재순환하게 된다.

나. 히트펌프 모드 중 제1난방모드(도 5)

히트펌프 모드 중 제1난방모드는, 차량 외기온도가 0℃ 이상일 경우에 작동하며, 도 5와 같이, 상기 제2방향전환밸브(192)를 통해 제2바이패스라인(R2)이 폐쇄되고, 상기 제1방향전환밸브(191)를 통해 상기 제1바이패스라인(R1)이 개방되어, 상기 팽창밸브(140) 및 증발기(160)측으로는 냉매가 공급되지 않는다.

또한, 상기 제3방향전환밸브(193)를 통해 상기 팽창라인(R3)이 개방된다.

한편, 차량 전장품(200)에 의해 가열된 냉각수가 상기 열공급수단(180)인 수냉식 열교환기(181)의 냉각수 열교환부(181b)로 공급되게 된다.

그리고, 제1난방모드시에는 상기 공조케이스(150)내의 온도조절도어(151)가 실내열교환기(110)를 바이패스하는 통로를 폐쇄하도록 작동하여, 블로어에 의해 공조케이스(150)내로 송풍된 공기가 상기 증발기(160)(작동정지)를 통과한 후 상기 실내열교환기(110)를 통과하면서 온풍으로 바뀌어 차실내로 공급됨으로서, 차실내를 난방하게 된다.

계속해서, 냉매 순환과정을 설명하면,

상기 압축기(100)에서 압축된 후 배출되는 고온 고압의 기상 냉매는 상기 공조케이스(150)의 내부에 설치된 실내열교환기(110)로 유입된다.

상기 실내열교환기(110)로 유입된 고온 고압의 기상 냉매는, 블로어를 통해 공조케이스(150)의 내부로 송풍되는 공기와 열교환하면서 응축되며, 이때 상기 실내열교환기(110)를 통과하는 공기는 온풍으로 바뀐 뒤, 차량 실내로 공급되어 차실내를 난방하게 된다.

계속해서, 상기 실내열교환기(110)에서 배출된 냉매는 상기 제3방향전환밸브(193)을 통해 팽창라인(R3)으로 유동하게 되고, 상기 팽창라인(R3)으로 유동하는 냉매는 상기 팽창수단(120)을 통과하는 과정에서 감압 팽창되어 저온 저압의 액상냉매가 된 후, 증발기 역할을 하는 실외열교환기(130)로 공급된다.

상기 실외열교환기(130)로 공급된 냉매는, 외기와 열교환하면서 증발한 후 상기 제1방향전환밸브(191)에 의해 제1바이패스라인(R1)을 통과하게 되는데, 이때 상기 제1바이패스라인(R1)을 통과하는 냉매는 상기 수냉식 열교환기(181)의 냉매 열교환부(181a)를 통과하는 과정에서 상기 냉각수 열교환부(181b)를 통과하는 냉각수와 열교환하여 차량 전장품(200)의 폐열을 회수한 후, 상기 압축기(100)로 유입되면서 상술한 바와 같은 사이클을 재순환하게 된다.

다. 히트펌프 모드의 제1난방모드 중 제습모드(도 6)

히트펌프 모드의 제1난방모드 작동 중 제습모드는, 도 5의 제1난방모드로 작동 중에 실내 제습이 필요한 경우에 작동하게 된다.

따라서, 도 5의 제1난방모드와 다른 부분에 대해서만 설명하기로 한다.

상기 제습모드시에는, 제1난방모드 상태에서 상기 온오프 밸브(195)를 통해 상기 제습라인(R4)이 추가로 개방되게 된다.

그리고, 제습모드시에는 상기 공조케이스(150)내의 온도조절도어(151)가 실내열교환기(110)를 바이패스하는 통로를 폐쇄하도록 작동하여, 블로어에 의해 공조케이스(150)내로 송풍된 공기가 상기 증발기(160)를 통과하는 과정에서 냉각된 후, 상기 실내열교환기(110)를 통과하면서 온풍으로 바뀌어 차실내로 공급됨으로서, 차실내를 난방하게 된다.

이때, 상기 증발기(160)로 공급되는 냉매량이 적기 때문에 공기 냉각성능도 낮아 실내온도 변화를 최소화하게 되고, 증발기(160)를 통과하는 공기의 제습은 원활하게 이루어진다.

계속해서, 냉매 순환과정을 설명하면,

상기 압축기(100), 실내열교환기(110), 팽창수단(120), 실외열교환기(130)를 통과한 냉매는 상기 제1방향전환밸브(191)에 의해 제1바이패스라인(R1)을 통과하게 되는데, 이때 상기 제1바이패스라인(R1)을 통과하는 냉매 중 일부는 상기 수냉식 열교환기(181)의 냉매 열교환부(181a)를 통과하는 과정에서 상기 냉각수 열교환부(181b)를 통과하는 냉각수와 열교환하여 차량 전장품(200)의 폐열을 회수하면서 증발되고, 일부는 상기 제습라인(R4)을 통해 상기 팽창밸브(140)의 바이패스유로(147)를 거쳐 증발기(160)로 공급되어 공조케이스(150)의 내부를 유동하는 공기와 열교환하는 과정에서 증발하게 된다.

상기 과정에서 상기 증발기(160)를 통과하는 공기의 제습이 이루어지게 되며, 상기 증발기(160)를 통과한 제습된 공기는 상기 실내열교환기(110)를 통과하면서 온풍으로 바뀐 후 차량 실내로 공급되어 제습 난방하게 된다.

이후, 상기 수냉식 열교환기(181)와 증발기(160)를 각각 통과한 냉매는 합류된 후, 상기 압축기(100)로 유입되면서 상술한 바와 같은 사이클을 재순환하게 된다.

라. 히트펌프 모드 중 제2난방모드(도 7)

히트펌프 모드 중 제2난방모드는, 차량 외기온도가 0℃ 미만일 경우에 작동하며, 도 7과 같이, 상기 제2방향전환밸브(192)를 통해 상기 제2바이패스라인(R2)이 개방되고, 상기 제1방향전환밸브(191)를 통해 상기 제1바이패스라인(R1)이 개방된다.

또한, 상기 온오프 밸브(195)를 통해 상기 제습라인(R4)이 폐쇄되고, 상기 제3방향전환밸브(193)를 통해 상기 팽창라인(R3)이 개방되며, 상기 공조케이스(150)내로 실내공기를 유입하도록 내기유입모드로 전환된다.

그리고, 제2난방모드시에는 상기 공조케이스(150)내의 온도조절도어(151)가 실내열교환기(110)를 바이패스하는 통로를 폐쇄하도록 작동하여, 블로어에 의해 공조케이스(150)내로 송풍된 공기가 상기 증발기(160)(작동정지)를 통과한 후 상기 실내열교환기(110)를 통과하면서 온풍으로 바뀌어 차실내로 공급됨으로서, 차실내를 난방하게 된다.

계속해서, 냉매 순환과정을 설명하면,

계속해서, 상기 실내열교환기(110)에서 배출된 냉매는 상기 제3방향전환밸브(193)을 통해 팽창라인(R3)으로 유동하게 되고, 상기 팽창라인(R3)으로 유동하는 냉매는 상기 팽창수단(120)을 통과하는 과정에서 감압 팽창되어 저온 저압의 액상냉매가 된 후, 상기 제2바이패스라인(R2)으로 유동하게 되면서 상기 실외열교환기(130)를 바이패스하게 된다.

이후, 상기 제2바이패스라인(R2)을 통과한 냉매는, 상기 제1방향전환밸브(191)에 의해 제1바이패스라인(R1)을 통과하게 되는데, 이때 상기 제1바이패스라인(R1)을 통과하는 냉매는 상기 수냉식 열교환기(181)의 냉매 열교환부(181a)를 통과하는 과정에서 상기 냉각수 열교환부(181b)를 통과하는 냉각수와 열교환하여 차량 전장품(200)의 폐열을 회수하면서 증발하고, 이후 상기 압축기(100)로 유입되면서 상술한 바와 같은 사이클을 재순환하게 된다.

마. 히트펌프 모드의 제2난방모드 중 제습모드(도 8)

히트펌프 모드의 제2난방모드 중 제습모드는, 도 7의 제2난방모드로 작동 중에 실내 제습이 필요한 경우에 작동하게 된다.

따라서, 도 7의 제2난방모드와 다른 부분에 대해서만 설명하기로 한다.

상기 제습모드시에는, 제2난방모드 상태에서 상기 온오프 밸브(195)를 통해 상기 제습라인(R4)이 추가로 개방되게 된다.

계속해서, 냉매 순환과정을 설명하면,

상기 압축기(100), 실내열교환기(110), 팽창수단(120), 제2바이패스라인(R2)을 통과한 냉매는 상기 제1방향전환밸브(191)에 의해 제1바이패스라인(R1)을 통과하게 되는데, 이때 상기 제1바이패스라인(R1)을 통과하는 냉매 중 일부는 상기 수냉식 열교환기(181)의 냉매 열교환부(181a)를 통과하는 과정에서 상기 냉각수 열교환부(181b)를 통과하는 냉각수와 열교환하여 차량 전장품(200)의 폐열을 회수하면서 증발하고, 일부는 상기 제습라인(R4)을 통해 상기 팽창밸브(140)의 바이패스유로(147)를 거쳐 증발기(160)로 공급되어 공조케이스(150)의 내부를 유동하는 공기와 열교환하는 과정에서 증발하게 된다.

100: 압축기 110: 실내열교환기
115: 전기 가열식 히터
120: 팽창수단 121: 오리피스
130: 실외열교환기 140: 팽창밸브
141: 본체 142: 제1유로
143: 제2유로 144: 팽창유로
145: 밸브체 146: 로드
147: 바이패스유로 148: 스터드볼트
150: 공조케이스 151: 온도조절도어
160: 증발기 170: 어큐뮬레이터
180: 열공급수단 181: 수냉식 열교환기
181a: 냉매 열교환부 181b: 냉각수 열교환부
191: 제1방향전환밸브 192: 제2방향전환밸브
193: 제3방향전환밸브 195: 온오프 밸브
200: 전장품
R: 냉매순환라인 R1: 제1바이패스라인
R2: 제2바이패스라인 R3: 팽창라인
R4: 제습라인

Claims

증발기(160)의 입구측 냉매 순환라인(R)상에 연결 설치됨과 아울러 상기 증발기(160)로 공급되는 냉매를 팽창시키도록 팽창유로(144)를 갖는 팽창밸브(140)를 구비하고, 히트펌프 모드에서 차실내 제습시 상기 냉매 순환라인(R)을 순환하는 저온 냉매를 상기 팽창밸브(140)를 바이패스하여 상기 증발기(160)로 공급하는 제습라인(R4)을 포함하여 이루어진 차량용 히트 펌프 시스템에 있어서,
상기 팽창밸브(140)에는, 상기 제습라인(R4)이 연결됨과 아울러 상기 제습라인(R4)을 유동하는 저온 냉매가 상기 팽창유로(144)를 바이패스하여 상기 증발기(160)로 공급될 수 있도록 바이패스유로(147)가 형성되고,
상기 팽창밸브(140)는, 상기 증발기(160)로 공급되는 냉매를 팽창시키도록 입,출구(142a,142b)의 사이에 상기 팽창유로(144)를 구비한 제1유로(142)가 형성된 본체(141)와, 상기 본체(141)내에 설치되어 상기 팽창유로(144)를 통과하는 냉매 유량을 조절하는 밸브체(145)와, 상기 본체(141)의 내부에 승하강 가능하게 설치됨과 아울러 상기 증발기(160)의 출구측 냉매의 온도변화에 따라 상기 밸브체(145)를 승하강시키는 로드(146)를 포함하여 이루어지며,
상기 바이패스유로(147)는, 상기 본체(141)에 형성되되, 상기 팽창유로(144)의 하류측인 상기 제1유로(142)의 출구(142b)와 연통되게 형성되고,
상기 제1유로(142)의 입구(142a)와 출구(142b)의 중심선이 이루는 각은 90°이며, 상기 바이패스유로(147)는 상기 출구(142b)와 동심상에 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
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증발기(160)의 입구측 냉매 순환라인(R)상에 연결 설치됨과 아울러 상기 증발기(160)로 공급되는 냉매를 팽창시키도록 팽창유로(144)를 갖는 팽창밸브(140)를 구비하고, 히트펌프 모드에서 차실내 제습시 상기 냉매 순환라인(R)을 순환하는 저온 냉매를 상기 팽창밸브(140)를 바이패스하여 상기 증발기(160)로 공급하는 제습라인(R4)을 포함하여 이루어진 차량용 히트 펌프 시스템에 있어서,
상기 팽창밸브(140)에는, 상기 제습라인(R4)이 연결됨과 아울러 상기 제습라인(R4)을 유동하는 저온 냉매가 상기 팽창유로(144)를 바이패스하여 상기 증발기(160)로 공급될 수 있도록 바이패스유로(147)가 형성되고,
상기 팽창밸브(140)는, 상기 증발기(160)로 공급되는 냉매를 팽창시키도록 입,출구(142a,142b)의 사이에 상기 팽창유로(144)를 구비한 제1유로(142)가 형성된 본체(141)와, 상기 본체(141)내에 설치되어 상기 팽창유로(144)를 통과하는 냉매 유량을 조절하는 밸브체(145)와, 상기 본체(141)의 내부에 승하강 가능하게 설치됨과 아울러 상기 증발기(160)의 출구측 냉매의 온도변화에 따라 상기 밸브체(145)를 승하강시키는 로드(146)를 포함하여 이루어지며,
상기 바이패스유로(147)는, 상기 본체(141)에 형성되되, 상기 팽창유로(144)의 하류측인 상기 제1유로(142)의 출구(142b)와 연통되게 형성되고,
상기 바이패스유로(147)가 형성된 상기 본체(141)의 외측면에는, 상기 제습라인(R4)의 단부에 구비되는 플랜지(196)가 결합될 수 있도록 스터드볼트(148)가 구비된 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 팽창밸브(140)는, 상기 증발기(160)의 입,출구파이프(161)측에 구비되는 플랜지(162)에 직접 연결 결합된 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 차량용 히트 펌프 시스템은 상기 냉매순환라인상(R)에,
냉매를 압축하여 배출하는 압축기(100)와,
공조케이스(150)의 내부에 설치되어 공조케이스(150)내 공기와 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매를 열교환시키는 실내열교환기(110)와,
공조케이스(150)의 내부에 설치되어 공조케이스(150)내 공기와 상기 압축기(100)로 공급되는 냉매를 열교환시키는 상기 증발기(160)와,
상기 공조케이스(150)의 외부에 설치되어 상기 냉매순환라인(R)을 순환하는 냉매와 외기를 열교환시키는 실외열교환기(130)와,
상기 실내열교환기(110)와 실외열교환기(130) 사이의 냉매순환라인(R)상에 설치되어 냉매를 팽창시키는 팽창수단(120)과,
상기 증발기(160)의 입구측 냉매순환라인(R)상에 설치되어 냉매를 팽창시키는 상기 팽창밸브(140)와,
상기 팽창밸브(140)의 입구측 냉매순환라인(R)과 상기 증발기(160)의 출구측 냉매순환라인(R)을 연결하도록 설치되는 제1바이패스라인(R1)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 제습라인(R4)은, 상기 제1바이패스라인(R1)과 상기 팽창밸브(140)의 바이패스유로(147)를 연결하도록 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
제 7 항에 있어서,
상기 제습라인(R4)상에는, 상기 제습라인(R4)의 냉매 유동을 개폐하는 온오프 밸브(195)가 설치되어, 차실내 제습시 상기 제1바이패스라인(R1)을 유동하는 냉매의 일부를 상기 제습라인(R4) 및 바이패스유로(147)를 통해 상기 증발기(160)측으로 공급하도록 한 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 제1바이패스라인(R1)상에는, 상기 제1바이패스라인(R1)을 따라 흐르는 냉매에 차량 전장품(200)의 폐열을 공급하는 열공급수단(180)이 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.