KR102227223B1 - 차량용 히트 펌프 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 히트 펌프 시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 공조케이스내의 냉풍통로에 증발기를 설치하고, 온풍통로에는 응축기를 설치한 히트 펌프 시스템에서, 수냉식 응축기를 지지수단을 통해 공조케이스측에 고정 지지시켜 일체화 함으로써, 히트 펌프 시스템의 물류와 배송을 단순화 할 수 있고, 이로인해 자동차의 조립 공정도 단순화 할 수 있어 생산성을 향상하며, 아울러 냉매순환라인의 길이를 축소하여 중량도 줄일 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 공조케이스내의 냉풍통로에 증발기를 설치하고, 온풍통로에는 응축기를 설치한 히트 펌프 시스템에서, 수냉식 응축기를 지지수단을 통해 공조케이스측에 고정 지지시켜 일체화 한 차량용 히트 펌프 시스템에 관한 것이다.

일반적인 차량용 에어컨시스템은 통상, 도 1에 도시된 바와 같이, 냉매를 압축하여 송출하는 압축기(Compressor)(1), 압축기(1)에서 송출되는 고압의 냉매를 응축하는 응축기(Condenser)(2), 응축기(2)에서 응축되어 액화된 냉매를 교축하는 예컨대 팽창밸브(Expansion Valve)(3), 그리고, 상기 팽창밸브(3)에 의해 교축된 저압의 액상 냉매를 차량 실내측으로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발시킴으로써 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 실내에 토출되는 공기를 냉각하는 증발기(Evaporator)(4) 등이 냉매 파이프로 연결되어 이루어진 냉동사이클로 구성되며, 다음과 같은 냉매 순환과정을 통하여 자동차 실내를 냉방한다.

상기 에어컨시스템의 냉방스위치(미도시)가 온(On) 되면, 먼저 압축기(1)가 엔진 또는 모터의 동력으로 구동하면서 저온 저압의 기상 냉매를 흡입,압축하여 고온 고압의 기체 상태로 응축기(2)로 송출하고, 응축기(2)는 그 기상 냉매를 외기와 열교환하여 고온 고압의 액체로 응축한다. 이어, 응축기(2)에서 고온 고압의 상태로 송출되는 액상 냉매는 팽창밸브(3)의 교축작용으로 급속히 팽창되어 저온 저압의 습포화 상태로 증발기(4)로 보내어지고, 증발기(4)는 그 냉매를 블로어(미도시)가 차량 실내로 송풍하는 공기와 열교환시킨다. 이에 냉매는 증발기(4)에서 증발하여 저온 저압의 기체 상태로 배출되고 다시 압축기(1)에 흡입되어 상술한 바와 같은 냉동사이클을 재순환하게 된다.

상기 증발기는 차량 실내측에 설치된 공조케이스의 내부에 설치되어 냉방 역할을 하게 되는데, 즉, 블로어(미도시)가 송풍하는 공기가 상기 증발기(4)를 거치면서 증발기(4)내를 순환하는 액상 냉매의 증발 잠열로 냉각되어 차가워진 상태로 차량 실내에 토출됨으로써 이루어진다.

또한, 차량 실내의 난방은, 상기 공조케이스의 내부에 설치되어 엔진 냉각수가 순환하는 히터코어(미도시)를 이용하거나 또는 상기 공조케이스의 내부에 설치되는 전기가열식히터(미도시)를 이용하게 된다.

한편, 상기 응축기(2)는 차량의 전방측에 설치되어 공기와 열교환하면서 방열을 하게 된다.

최근에는, 냉동사이클만을 이용하여 냉,난방을 수행하는 히트 펌프 시스템이 개발되고 있는바, 도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 공조케이스(10) 내부에 냉풍통로(11)와 온풍통로(12)를 좌,우 구획되게 형성하고, 상기 냉풍통로(11)에는 냉방을 위한 증발기(4)를 설치하며, 상기 온풍통로(12)에는 난방을 위한 응축기(2)를 설치한 구조이다.

이때, 상기 공조케이스(10)의 출구측에는 차실내로 공기를 공급하는 공기토출구(15)와, 차실외로 공기를 방출하는 공기방출구(16)가 형성된다.

또한, 상기 냉풍통로(11)와 온풍통로(12)의 각 입구측에는 개별작동하는 블로어(20)가 각각 설치된다.

상기 냉풍통로(11)와 온풍통로(12)가 좌,우(차량 폭방향)로 배치되므로, 상기 두 개의 블로어(20)도 좌,우로 배치된다.

따라서, 냉방모드시에는 상기 냉풍통로(11)의 증발기(4)를 통과하면서 냉각된 냉풍이 공기토출구(15)를 통해 차실내로 토출되어 냉방하게 되고, 이때 상기 온풍통로(12)의 응축기(2)를 통과하면서 가열된 온풍은 공기방출구(16)를 통해 차실외로 배출되게 된다.

난방모드시에는 상기 온풍통로(12)의 응축기(2)를 통과하면서 가열된 온풍이 상기 공기토출구(15)를 통해 차실내로 토출되어 난방하게 되고, 이때 상기 냉풍통로(11)의 증발기(4)를 통과하면서 냉각된 냉풍은 공기방출구(16)를 통해 차실외로 배출되게 된다.

제습모드시에는 냉방모드 처럼 작동시켜 증발기(4)를 통과한 건조해진 냉풍을 차실내로 공급함으로써 냉방과 동시에 제습을 수행하게 된다.

그리고, 상기 종래의 히트 펌프 시스템은, 상기 공조케이스(10)의 내부에는 상기 증발기(4)와 응축기(2)가 배치되고, 공조케이스(10)의 외부에는 압축기(1)와 팽창밸브(3)가 배치되어 서로 냉매순환라인(냉매배관)으로 연결 된다.

한편, 상기 압축기(1), 응축기(2), 팽창밸브(3), 증발기(4) 외에도 상기 히트 펌프 시스템의 냉,난방 성능 향상을 위해 열교환기(미도시)가 냉매순환라인에 연결되어 설치된다.

그러나, 상기 종래기술은, 상기 공조케이스(10) 외부의 특정 장소(차량 엔진룸)에 상기 압축기(1)와 팽창밸브(3)는 물론 냉,난방 성능 향상을 위한 열교환기가 추가로 설치되므로 인해 냉매순환라인의 길이가 증가하여 중량이 증가하는 문제가 있다.

또한, 상기 공조케이스(10)의 외부에 별도로 설치되는 상기 열교환기로 인해 히트 펌프 시스템의 물류와 배송이 복잡하고, 이로인해 자동차의 조립 공정도 복잡해지는 문제도 있었다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 공조케이스내의 냉풍통로에 증발기를 설치하고, 온풍통로에는 응축기를 설치한 히트 펌프 시스템에서, 수냉식 응축기를 지지수단을 통해 공조케이스측에 고정 지지시켜 일체화 함으로써, 히트 펌프 시스템의 물류와 배송을 단순화 할 수 있고, 이로인해 자동차의 조립 공정도 단순화 할 수 있어 생산성을 향상하며, 아울러 냉매순환라인의 길이를 축소하여 중량도 줄일 수 있는 차량용 히트 펌프 시스템을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 차량용 히트 펌프 시스템에 있어서, 공조케이스와, 압축기와 공냉식 응축기를 연결하는 냉매순환라인에 연결되어 상기 압축기에서 배출되어 유동하는 냉매를 냉각수와 열교환시켜 응축시키는 수냉식 응축기와, 상기 공조케이스에 설치되어 상기 수냉식 응축기를 공조케이스측에 고정 지지시키는 지지수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 공조케이스내의 냉풍통로에 증발기를 설치하고, 온풍통로에는 응축기를 설치한 히트 펌프 시스템에서, 수냉식 응축기를 지지수단을 통해 공조케이스측에 고정 지지시켜 일체화 함으로써, 히트 펌프 시스템의 단순한 물류와 배송이 가능하고, 자동차의 조립 공정도 단순화되어 생산성을 향상할 수 있다.

또한, 상기 지지수단을 통해 상기 수냉식 응축기가 공조케이스와 일체화 됨으로써, 냉매순환라인의 길이를 축소하여 중량을 줄일 수 있다.

도 1은 일반적인 차량용 에어컨시스템의 냉동사이클을 나타내는 구성도,
도 2는 종래의 차량용 히트 펌프 시스템을 개략적으로 나타내는 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템을 개략적으로 나타내는 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템을 나타내는 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템에서 공조케이스의 외측면에 지지수단을 설치한 경우를 나타내는 부분 사시도,
도 6은 도 5에서 지지수단이 공조케이스에 결합된 상태를 나타내는 부분 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템에서 공조케이스의 내측면에 지지수단을 설치한 경우를 나타내는 부분 사시도,
도 8은 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템을 나타내는 측면도,
도 9는 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템에서 송풍장치를 나타내는 단면도이다.

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

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템은, 압축기(100) -> 공냉식 응축기(101) -> 팽창수단(103) -> 증발기(104)를 냉매순환라인(P)으로 연결하여, 상기 증발기(104)를 통해 냉방을 수행하고 상기 공냉식 응축기(101)를 통해 난방을 수행하는 시스템에서, 상기 공냉식 응축기(101)는 물론 수냉식 응축기(220)까지 함께 구성한 것이다.

먼저, 상기 압축기(100)는 동력공급원(엔진 또는 모터 등)으로부터 동력을 전달받아 구동하면서 증발기(104)로부터 토출된 저온 저압의 기상 냉매를 흡입 압축하여 고온 고압의 기체 상태로 토출하게 된다.

상기 공냉식 응축기(101)는, 상기 압축기(100)에서 배출되어 공냉식 응축기(101)의 내부를 유동하는 고온 고압의 기상 냉매와 상기 공냉식 응축기(101)를 통과하는 공기를 상호 열교환시키게 되며, 이 과정에서 냉매는 응축되고, 공기는 가열되어 온풍으로 바뀌게 된다.

이러한 상기 공냉식 응축기(101)는, 냉매순화라인(P;냉매배관)을 지그재그 형태로 구성한 후 방열핀(미도시)을 설치한 구조, 또는 한 쌍의 헤더탱크 사이에 복수개의 튜브(미도시)를 연결 설치하고 각 튜브의 사이에 방열핀을 설치한 구조로 구성할 수 있다.

따라서, 상기 압축기(100)에서 배출된 고온 고압의 기상 냉매가 상기 지그재그 형태의 냉매순환라인 또는 복수개 튜브를 따라 유동하면서 공기와 열교환하여 응축되고, 이때 상기 공냉식 응축기(101)를 통과하는 공기는 가열되어 온풍으로 바뀌게 되는 것이다.

그리고, 상기 팽창수단(103)은 상기 공냉식 응축기(101)에서 배출되어 유동하는 액상 냉매를 교축작용으로 급속히 팽창시켜 저온 저압의 습포화 상태로 증발기(104)로 보내게 된다.

상기 팽창수단(103)으로는 팽창밸브 또는 오리피스 구조를 사용할 수 있다.

상기 증발기(104)는 상기 팽창수단(103)에서 배출되어 유동하는 저압의 액상 냉매를 공조케이스(110)내의 공기와 열교환시켜 증발시킴으로써 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 공기를 냉각하게 된다.

계속해서, 상기 증발기(104)에서 증발하여 배출된 저온 저압의 기상 냉매는 다시 압축기(100)에 흡입되어 상술한 바와 같은 사이클을 재순환하게 된다.

아울러, 상기와 같은 냉매순환과정에서, 차량 실내의 냉방은, 송풍장치(130)에서 송풍되는 공기가 공조케이스(110)내로 유입되어 증발기(104)를 통과하면서 증발기(104)의 내부를 순환하는 액상 냉매의 증발 잠열로 냉각되어 차가워진 상태로 차량 실내에 토출됨으로써 이루어지고,

차량 실내의 난방은, 송풍장치(130)에서 송풍되는 공기가 공조케이스(110)내로 유입되어 공냉식 응축기(101)를 통과하면서 공냉식 응축기(101)의 내부를 순환하는 고온 고압의 기상 냉매의 방열로 가열되어 뜨거워진 상태로 차량 실내에 토출됨으로써 이루어진다.

그리고, 상기 공조케이스(110)는, 공조케이스(110)의 입구와 출구의 사이에서 공조케이스(110)의 내부를 구획하는 구획벽(113)에 의해 냉풍통로(111) 및 온풍통로(112)가 구획 형성된다.

상기 구획벽(113)은, 도 8과 같이 상기 공조케이스(110)의 내부 통로를 상,하로 구획하여, 상기 공조케이스(110)의 내부에 냉풍통로(111) 및 온풍통로(112)가 상,하로 구획되어 형성된다.

즉, 상기 냉풍통로(111)는 상기 구획벽(113)을 기준으로 상부에 배치되고, 상기 온풍통로(112)는 상기 구획벽(113)을 기준으로 하부에 배치된다.

또한, 상기 냉풍통로(111)에는 상기 증발기(104)가 설치되고, 상기 온풍통로(112)에는 상기 공냉식 응축기(101)가 설치되는데, 상기 냉풍통로(111)와 온풍통로(112)의 상,하 배치 구조로 인해 상기 증발기(104)와 상기 공냉식 응축기(101)도 상,하로 배치되게 된다.

아울러, 상기 냉풍통로(111)에 설치되는 증발기(104)와 상기 온풍통로(112)에 설치되는 공냉식 응축기(101)는 각각 수평으로 ?또賤側? 설치되는데. 이때 상기 증발기(104)와 공냉식 응축기(101)는 상기 구획벽(113)과 수평으로 설치될 수도 있으나 도면과 같이 구획벽(113)과 일정각도 경사지게 설치되는 것이 바람직하다.

물론, 상기 증발기(104) 공냉식 응축기(101)는, 각각 일정각도로 세워지게 설치될 수도 있다.

한편, 상기 구획벽(113)을 기준으로 상부에 온풍통로(112) 및 공냉식 응축기(101)를 구성하고, 하부에 냉풍통로(111) 및 증발기(104)를 구성하는 것도 가능하다.

그리고, 도 8과 같이, 상기 구획벽(113)에는 상기 온풍통로(112)와 냉풍통로(111)를 연통시키는 바이패스통로(114)가 관통 형성된다.

이때, 상기 증발기(104)와 공냉식 응축기(101)의 위치 및 상기 바이패스통로(114)의 위치에 따라 상기 온풍통로(112)내의 온풍을 상기 냉풍통로(111)측으로 바이패스 시킬수도 있고, 또는 상기 냉풍통로(111)내의 냉풍을 상기 온풍통로(112)측으로 바이패스 시킬수도 있다.

도면에서는, 일예로 상기 온풍통로(112)내의 공냉식 응축기(101)를 통과한 온풍 일부를 상기 냉풍통로(111)측으로 바이패스시킬 수 있도록 상기 바이패스통로(114)를 구성하였다.

이때, 상기 바이패스통로(114)에는 바이패스통로(114)를 개폐하는 바이패스도어(115)가 설치된다.

상기 바이패스도어(115)는 냉방모드시 상기 바이패스통로(114)를 폐쇄하고, 난방모드시에는 상기 바이패스통로(114)를 선택적으로 개폐하게 된다.

따라서, 상기 바이패스도어(115)가 바이패스통로(114)를 폐쇄한 상태에서 냉방모드시에는 상기 냉풍통로(111)를 유동하면서 증발기(104)에 의해 냉각된 냉풍이 차실내로 공급되어 냉방을 수행하고, 난방모드시에는 상기 온풍통로(112)를 유동하면서 공냉식 응축기(101)에 의해 가열된 온풍이 차실내로 공급되어 난방을 수행하게 된다.

또한, 난방모드시, 상기 바이패스도어(115)가 바이패스통로(114)를 개방한 경우에는, 상기 온풍통로(112)를 유동하면서 공냉식 응축기(101)에 의해 가열된 온풍의 일부가 상기 바이패스통로(114)를 통해 냉풍통로(111)측으로 바이패스되어 증발기(104)측으로 공급됨으로써, 상기 증발기(104)측으로 유입되는 풍량을 증대하고, 극저온 환경에서도 상기 증발기(104)로 유입되는 공기의 온도가 높아져 상기 증발기(104)가 원활하게 흡열 하게 되고, 이로인해 시스템내의 냉매 온도 및 압력이 높아져 차실내로 토출되는 공기의 온도가 높아지면서 난방성능을 향상할 수 있다.

아울러, 상기 공냉식 응축기(101)에 의해 가열된 온풍의 일부를 상기 증발기(104)측으로 공급함으로써, 상기 증발기(104)의 착상도 방지할 수 있다.

한편, 상기 바이패스통로(114)와 바이패스도어(115)는, 도 8과 같이 1개 형성할 수도 있고, 도 3과 같이 복수개 형성할 수도 있다.

그리고, 상기 공냉식 응축기(101)는 상기 온풍통로(112)내에서 공기유동방향으로 상기 바이패스통로(114) 보다 상류측에 설치된다. 따라서, 상기 공냉식 응축기(101)를 통과하면서 가열된 온풍이 상기 바이패스통로(114)를 통해 상기 증발기(104)측으로 공급될 수 있는 것이다.

또한, 상기 증발기(104)는, 상기 냉풍통로(111)내에서 공기유동방향으로 상기 바이패스통로(114) 보다 하류측에 설치된다. 따라서, 상기 바이패스통로(114)를 통해 바이패스하는 온풍이 상기 증발기(104)를 통과하게 되는 것이다.

그리고, 상기 공조케이스(110)의 입구측에는 상기 냉풍통로(111) 및 온풍통로(112)로 공기를 송풍하는 송풍장치(130)가 설치된다.

상기 송풍장치(130)는, 상기 공조케이스(110)의 냉풍통로(111) 입구측에 토출구(134)가 연결되어 냉풍통로(111)측으로 공기를 송풍하는 제1블로어(130a)와, 상기 공조케이스(110)의 온풍통로(112) 입구측에 토출구(138)가 연결되어 온풍통로(112)측으로 공기를 송풍하는 제2블로어(130b)로 이루어진다.

상기 제1블로어(130a)와 제2블로어(130b)는, 차량의 폭방향으로 서로 이격되어 배치된다.

상기 제1블로어(130a)는, 상기 공조케이스(110)의 냉풍통로(111) 입구측에 연결되도록 상기 토출구(134)를 구비한 스크롤케이스(131)와, 상기 스크롤케이스(131)의 내부에 회전가능하게 설치되는 송풍팬(132)과, 상기 스크롤케이스(131)의 일측면에 형성되어 내,외기가 유입되는 인렛링(131a)과, 상기 스크롤케이스(131)의 타측면에 설치되어 상기 송풍팬(132)을 회전시키는 모터(133)로 이루어진다.

상기 인렛링(131a)은, 상기 스크롤케이스(131)에서 인테이크덕트(140)가 결합되는 일측면에 형성된다.

상기 제2블로어(130b)는, 상기 공조케이스(110)의 온풍통로(112) 입구측에 연결되도록 상기 토출구(138)를 구비한 스크롤케이스(135)와, 상기 스크롤케이스(135)의 내부에 회전가능하게 설치되는 송풍팬(136)과, 상기 스크롤케이스(135)의 일측면에 형성되어 내,외기가 유입되는 인렛링(135a)과, 상기 스크롤케이스(135)의 타측면에 설치되어 상기 송풍팬(136)을 회전시키는 모터(137)로 이루어진다.

상기 인렛링(135a)은, 상기 스크롤케이스(135)에서 인테이크덕트(140)가 결합되는 일측면에 형성된다.

그리고, 상기 제1블로어(130a)와 제2블로어(130b)는, 상기 냉풍통로(111)와 온풍통로(112) 위치에 대응하여 설치될 수도 있고,

또한, 상기 제1블로어(130a)와 제2블로어(130b)를 차량 폭방향으로 마주보게 설치한 후, 상기 제1블로어(130a)의 토출구(134)와 제2블로어(130b)의 토출구(138)만 서로 엇갈리게 배치하여 냉풍통로(111)와 온풍통로(112)와 연결할 수 있다.

이때, 상기 제1블로어(130a)의 토출구(134)와 제2블로어(130b)의 토출구(138)는, 서로 상,하로 엇갈리게 배치되어, 제1블로어(130a)의 토출구(134)는 냉풍통로(111)에 연결되고 제2블로어(130b)의 토출구(138)는 온풍통로(112)에 연결된다.

그리고, 상기 제1블로어(130a)와 제2블로어(130b)의 사이에는, 상기 제1,2블로어(130a,130b)로 각각 내,외기를 공급할 수 있도록 상기 제1,2블로어(130a,130b)와 연통되게 연결되는 인테이크덕트(140)가 설치된다.

즉, 상기 인테이크덕트(140)는, 상기 제1블로어(130a)와 제2블로어(130b)의 사이에 하나가 설치되어, 상기 제1,2블로어(130a,130b)가 상기 하나의 인테이크덕트(140)를 공용으로 사용하게 되는 것이다.

이처럼, 상기 인테이크덕트(140)를 상기 제1블로어(130a)와 제2블로어(130b)의 사이에 설치함으로써, 각각 개별 작동하는 두 개의 블로어(130a,130b)를 사용하는 시스템에서 하나의 인테이크덕트(140)를 사용하므로 공간 효율을 극대화 할 수 있고, 이로인해 시스템의 크기 및 비용을 줄일 수 있다.

상기 인테이크덕트(140)는, 외기를 유입하는 외기유입구(141)와, 내기를 유입하는 내기유입구(142)와, 상기 내기유입구(142)와 외기유입구(141)의 사이에 각각 설치되며, 상기 제1블로어(130a)에 대해 상기 내,외기유입구(141,142)를 선택적으로 개방하는 제1내외기전환도어(147) 및 상기 제2블로어(130b)에 대해 상기 내,외기유입구(141,142)를 선택적으로 개방하는 제2내외기전환도어(148)로 이루어진다.

도면에서와 같이 상기 외기유입구(141)는 인테이크덕트(140)의 상부에 형성되고, 내기유입구(142)는 인테이크덕트(140)의 하부에 형성되는 것이 바람직하지만, 그 위치는 변경 가능하다.

상기 제1내외기전환도어(147)와 제2내외기전환도어(148)도 돔형 도어로 이루어진다.

이처럼, 하나의 인테이크덕트(140)를 상기 제1,2블로어(130a,130b)의 사이에 설치하고, 상기 인테이크덕트(140)의 내부에는 두 개의 내외기전환도어(147,148)를 설치하여, 상기 인테이크덕트(140)의 내,외기유입구(141,142)로 유입되는 내,외기를 상기 제1,2블로어(130a,130b)에 선택적으로 공급할 수 있다.

한편, 상기 인테이크덕트(140)의 외기유입구(141)는 차량의 외부와 연통되고, 상기 인테이크덕트(140)의 내기유입구(142)는 차량실내와 연통된다.

이때, 상기 공조케이스(110)에는, 상기 인테이크덕트(140)의 내기유입구(142)와 차량 실내를 연결하는 내기유입덕트(142a)가 설치된다.

또한, 상기 외기유입구(141)와 내기유입구(142)에는, 각각 에어필터(141a,142a)가 설치되어, 외기유입구(141)와 내기유입구(142)로 유입되는 공기 중에 포함된 불순물을 제거하게 된다.

한편, 상기에서는 상기 제1블로어(130a)와 제2블로어(130b)의 사이에 인테이크덕트(140)를 배치하였지만, 상기 인테이크덕트를 상기 송풍장치(130)의 외측에 배치한 상태에서 제1블로어(130a) 및 제2블로어(130b)와 연결할 수도 있다.

그리고, 상기 공조케이스(110)의 냉풍통로(111) 출구에는, 상기 증발기(104)를 통과한 냉풍을 차실내로 토출하는 냉풍토출구(111a) 및 차실외로 방출하는 냉풍방출구(111b)와, 상기 냉풍토출구(111a)와 냉풍방출구(111b)를 개폐하는 냉풍 모드도어(120)가 구비되고,

상기 공조케이스(110)의 온풍통로(112) 출구에는, 상기 공냉식 응축기(101)를 통과한 온풍을 차실내로 토출하는 온풍토출구(112a) 및 차실외로 방출하는 온풍방출구(112b)와, 상기 온풍토출구(112a)와 온풍방출구(112b)를 개폐하는 온풍 모드도어(121)가 구비된다.

상기 냉풍 모드도어(120)와 온풍 모드도어(121)는 돔형 도어로 구성된다.

따라서, 냉방모드시에는 도 8과 같이, 상기 냉풍토출구(111a)와 온풍방출구(112b)가 개방되어, 상기 냉풍통로(111)를 유동하는 공기는 증발기(104)를 통과하면서 냉각된 후 냉풍토출구(111a)를 통해 차실내로 토출되어 냉방하게 되고, 이때 상기 온풍통로(112)를 유동하는 공기는 공냉식 응축기(101)를 통과하면서 가열된 후 온풍방출구(112b)를 통해 차실외로 배출되게 된다.

난방모드시에는 온풍토출구(112a)와 냉풍방출구(111b)가 개방되어, 상기 온풍통로(112)를 유동하는 공기는 공냉식 응축기(101)를 통과하면서 가열된 후 온풍토출구(112a)를 통해 차실내로 토출되어 난방하게 되고, 이때 상기 냉풍통로(111)를 유동하는 공기는 증발기(104)를 통과하면서 냉각된 후 냉풍방출구(111b)를 통해 차실외로 배출되게 된다.

그리고, 상기 압축기(100)와 공냉식 응축기(101) 사이의 냉매순환라인(P)에는, 상기 압축기(100)에서 배출되어 유동하는 냉매를 냉각수와 열교환시켜 응축시키는 수냉식 응축기(220)가 연결 설치된다.

상기 수냉식 응축기(220)는 상기 압축기(100)에서 배출되어 유동하는 고온 고압의 기상 냉매를 냉각수와 열교환시켜 액상냉매로 응축하여 토출하게 된다.

상기 수냉식 응축기(220)는, 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 유동하는 냉매유로(221)와, 차량 엔진룸내에 설치된 수냉 라디에이터(200)를 순환하는 냉각수가 유동하는 냉각수유로(222)가 서로 열교환가능하게 구성되어, 냉매와 냉각수를 열교환하도록 이루어진다.

상기 수냉식 응축기(220)는, 냉매유로(221)와 냉각수유로(222)를 교대로 구비한 판형 열교환기로 구성되는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 수냉식 응축기(220)는, 후술하는 지지수단(150)을 통해 상기 공조케이스(150)의 외부 또는 내부에 설치할 수 있다.

또한, 상기 수냉 라디에이터(200)는, 냉각수파이프(205)를 통해 상기 수냉식 응축기(220)의 냉각수유로(222)와 연결되며, 상기 냉각수파이프(205)에는 냉각수를 순환시키기 위한 워터펌프(210)가 설치된다.

따라서, 상기 워터펌프(210)의 가동시 상기 냉각수파이프(205)를 순환하는 냉각수는 상기 수냉 라디에이터(200)를 통과하면서 공기와의 열교환에 의해 냉각되며, 이렇게 냉각된 냉각수가 상기 수냉식 응축기(220)의 냉각수유로(222)로 공급되어 상기 냉매유로(221)를 유동하는 냉매와 열교환하게 된다.

한편, 상기 수냉 라디에이터(200)는 주로 차량의 전장품을 냉각하는 용도로 사용된다.

이와 같이, 상기 공냉식 응축기(101) 뿐만 아니라 상기 수냉식 응축기(220)를 추가 구성함으로써, 상기 공냉식 응축기(101)의 방열성능을 낮추는 것이 가능하고 이에 따라 공냉식 응축기(101)의 크기를 축소할 수 있어 그만큼 송풍장치(130)의 풍량도 축소가 가능하여 송풍장치(130)의 크기도 축소할 수 있으며, 결국 시스템의 전체 크기를 축소할 수 있다.

그리고, 상기 냉매순환라인(P)에는 리시버 드라이어(102)와, 어큐뮬레이터(105)가 설치된다.

상기 리시버 드라이어(102)는, 상기 냉매순환라인(P)을 순환하는 냉매로부터 기상냉매와 액상냉매를 분리하여 저장하며 액상냉매를 토출하는 장치이다.

또한, 상기 리시버 드라이어(102)는, 상기 공냉식 응축기(101)의 일측에 연결 설치되거나 또는 상기 공냉식 응축기(101)와 팽창수단(103) 사이의 냉매순환라인(P)에 설치될 수도 있다.

상기 냉매순환라인(P)에서 리시버 드라이어(102)의 위치에 따라 상기 공냉식 응축기(101)의 응축영역과 과냉영역을 조절할 수 있다.

즉, 단일 공냉식 응축기(101)가 설치된 경우에는, 단일 공냉식 응축기(101)를 두개의 열교환 영역으로 분할하고 상기 두개의 열교환 영역을 연결하는 냉매순환라인(P)에 리시버 드라이어(102)를 연결 설치한다. 이 경우 상기 두개의 열교환 영역 중 상기 리시버 드라이어(102) 상류측 영역은 응축영역으로 설정되고, 리시버 드라이어(102) 하류측 영역은 과냉영역으로 설정된다.

두개의 공냉식 응축기(101)가 설치된 경우에는, 두개의 공냉식 응축기(101)를 연결하는 냉매순환라인(P)에 리시버 드라이어(102)를 연결 설치한다. 이 경우 상기 두개의 공냉식 응축기(101) 중 상기 리시버 드라이어(102) 상류측 공냉식 응축기는 전체가 응축영역으로 설정되고, 리시버 드라이어(102) 하류측 공냉식 응축기는 전체가 과냉영역으로 설정된다.

이처럼, 상기 리시버 드라이어(102)의 위치에 따라 상기 리시버 드라이어(102) 하류측 공냉식 응축기(101) 영역을 과냉영역으로 활용할 수 있는 장점이 있기 때문에 냉매의 온도를 더욱 낮출 수 있어 냉방성능을 향상시키고, 압축기(100)로 유입되는 냉매의 온도도 낮아지게 되어 압축기(100) 토출 냉매온도의 상승을 방지하여 에어컨 시스템의 내구성 및 안정성을 향상할 수 있다.

그리고, 상기 어큐뮬레이터(105)는, 상기 냉매순환라인(P)을 순환하는 냉매로부터 기상냉매와 액상냉매를 분리하여 저장하며 기상냉매를 토출하는 장치이다.

상기 어큐뮬레이터(105)는, 상기 압축기(100)의 입구측 냉매순환라인(P)에 설치되어, 상기 증발기(104)에서 배출된 냉매로부터 기상냉매와 액상냉매를 분리하여 액상냉매는 저장하고 기상냉매는 압축기(100)측으로 토출하게 된다.

이처럼, 상기 어큐뮬레이터(105)는 상기 압축기(100)로 기상냉매만 공급하고 액상냉매가 공급되는 것을 차단하여 압축기(100)의 파손을 방지하고, 액상냉매를 저장하고 있으므로 시스템내 충분한 냉매량 확보가 가능하여 냉매량 부족으로인한 냉,난방 성능 저하를 방지할 수 있다.

그리고, 상기 공조케이스(110)에는 상기 수냉식 응축기(220)를 공조케이스(110)측에 고정 지지시키는 지지수단(150)이 설치된다.

즉, 상기 지지수단(150)을 통해 상기 수냉식 응축기(220)를 공조케이스(110)측에 고정 지지시켜 일체화 함으로써, 히트 펌프 시스템의 물류와 배송을 단순화 할 수 있고, 이로인해 자동차 조립 공정도 단순화하여 생산성을 향상할 수 있다.

또한, 상기 지지수단(150)을 통해 상기 수냉식 응축기(220)가 공조케이스(110)와 일체화 되면, 냉매순환라인(P)의 길이를 축소하여 중량도 줄일 수 있다.

상기한 지지수단(150)은, 3가지 실시예로 구성할 수 있다.

제1실시예에 따른 지지수단(150)은, 도 5 및 도 6과 같이, 상기 수냉식 응축기(220)의 외측을 지지하는 지지부재(151)와, 상기 지지부재(151)를 상기 공조케이스(110)의 외측면에 결합하는 결합부(154)로 이루어진다.

상기 지지부재(151)는, 상기 수냉식 응축기(220)의 하단부가 안착되는 하단지지부(153)와, 상기 하단지지부(153)의 가장자리에 일정 높이로 형성되어 상기 수냉식 응축기(220)의 측면을 지지하는 측면지지부(152)로 이루어진다.

한편, 상기 지지부재(151)는, 상기 공조케이스(110)와 마주하는 측면과 상측면이 개방되어 있다.

또한, 상기 결합부(153)는 상기 공조케이스(110)의 외측면에 스크류로 결합되거나 또는 후크 구조로 결합할 수 있다.

따라서, 상기 지지부재(151)의 내측에 상기 수냉식 응축기(220)를 안착시킨 상태에서 상기 지지부재(151)를 상기 공조케이스(110)의 외측면에 결합함으로써, 상기 수냉식 응축기(220)를 공조케이스(110)의 외측면에 일체화 할 수 있는 것이다.

제2실시예에 따른 지지수단(150)은, 도 7과 같이, 상기 공조케이스(110)의 내측면에 형성되어 상기 수냉식 응축기(220)를 수용하는 수용부(156)와, 상기 공조케이스(110)의 내측면에 결합되어 상기 수용부(156)에 수용된 수냉식 응축기(220)를 고정 지지하는 지지부재(155)로 이루어진다.

따라서, 상기 지지부재(155) 및 수용부(156)를 통해 상기 수냉식 응축기(220)를 상기 공조케이스(110)의 내측면에 일체화 할 수 있는 것이다.

제3실시예에 따른 지지수단(150)은, 상기 공조케이스(110)의 측면에 상기 수냉식 응축기(220)를 고정 지지시키는 지지부재(미도시)를 일체로 형성하여 이루어진다.

즉, 상기 지지부재를 공조케이스(110)의 외측면이나 내측면에 일체로 형성하여 상기 수냉식 응축기(220)를 공조케이스(110)측에 일체화 할 수 있는 것이다.

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

먼저, 상기 압축기(100)에서 압축되어 배출되는 고온 고압의 기상 냉매는 상기 수냉식 응축기(220)의 냉매 유로(221)로 유입된다.

상기 수냉식 응축기(220)의 냉매 유로(221)로 유입된 기상 냉매는, 상기 수냉 라디에이터(200)를 순환하면서 상기 수냉식 응축기(220)의 냉각수 유로(222)로 유입된 냉각수와 열교환하게 되고, 이 과정에서 냉매가 냉각되면서 응축되어 액상으로 상변화하게 된다.

상기 수냉식 응축기(220)에서 배출된 액상냉매는, 상기 공냉식 응축기(101)로 유입되는데, 이때 상기 공냉식 응축기(101)의 응축영역을 통과하면서 공조케이스(110)내 공기와 열교환하여 재차 응축된 후 상기 리시버 드라이어(102)로 유입되어 기상냉매와 액상냉매가 분리되면서 액상냉매만 배출되게 된다.

이후, 상기 리시버 드라이어(102)에서 배출된 액상냉매는 상기 공냉식 응축기(101)의 과냉영역을 통과하면서 공기와 열교환하여 과냉각된 후 배출된다.

상기 공냉식 응축기(101)에서 배출된 액상냉매는, 상기 팽창수단(103)으로 유입되어 감압 팽창 된다.

상기 팽창수단(103)에서 감압 팽창된 냉매는, 저온 저압의 무화 상태가 되어 상기 증발기(104)로 유입되고, 상기 증발기(104)로 유입된 냉매는 증발기(104)를 통과하는 공기와 열교환하여 증발하게 된다.

이후, 상기 증발기(104)에서 배출된 저온 저압의 냉매는, 상기 어큐뮬레이터(105)로 유입되어 기상냉매와 액상냉매가 분리되면서 기상냉매만 배출되게 된다.

상기 어큐뮬레이터(105)에서 배출된 기상냉매는 상기 압축기(100)로 유입된 후 상술한 바와 같은 냉동사이클을 재순환하게 된다.

상기의 과정에서 상기 증발기(104)를 통과한 냉풍을 차실내로 공급하게 되면 차실내의 냉방이 이루어지고, 상기 공냉식 응축기(101)를 통과한 온풍을 차실내로 공급하게 되면 차실내의 난방이 이루어지게 된다.

이때, 냉방시 불필요한 온풍은 차실외로 배출하게 되고, 난방시 불필요한 냉풍도 차실외로 배출하게 된다.

그리고, 상기 수냉식 응축기(220)는 상기 지지수단(150)을 통해 상기 공조케이스(110)에 조립되어 일체화 되므로, 단순한 물류 배송이 가능하고, 자동차의 조립 공정도 단순화되어 생산성을 향상할 수 있으며, 아울러 냉매순환라인(P)의 축소를 통해 중량도 줄일 수 있다.

100: 압축기 101: 공냉식 응축기
102: 리시버 드라이어 103: 팽창수단
104: 증발기 105: 어큐뮬레이터
110: 공조케이스 111: 냉풍통로
112: 온풍통로 113: 구획벽
114: 바이패스통로 115: 바이패스도어
111a: 냉풍토출구 111b: 냉풍방출구
112a: 온풍토출구 112b: 온풍방출구
120: 냉풍 모드도어 121: 온풍 모드도어
130: 송풍장치 130a: 제1블로어
130b: 제2블로어 131,135: 스크롤케이스
132,136: 송풍팬 133,137: 모터
134,138: 토출구
140: 인테이크덕트 141: 외기유입구
142: 내기유입구
147: 제1내외기전환도어 148: 제2내외기전환도어
150: 지지수단 151: 지지부재
152: 측면지지부 153: 하단지지부
155: 지지부재 156: 수용부
200: 수냉 라디에이터 220: 수냉식 응축기

Claims (8)

1. 차량용 히트 펌프 시스템에 있어서,
   공조케이스(110)와, 압축기(100)와 공냉식 응축기(101)를 연결하는 냉매순환라인(P)에 연결되어 상기 압축기(100)에서 배출되어 유동하는 냉매를 냉각수와 열교환시켜 응축시키는 수냉식 응축기(220)와, 상기 공조케이스(110)에 설치되어 상기 수냉식 응축기(220)를 공조케이스(110)측에 고정 지지시키는 지지수단(150)을 포함하여 이루어지고,
   상기 지지수단(150)은, 상기 수냉식 응축기(220)의 외측을 지지하는 지지부재(151)와, 상기 지지부재(151)를 상기 공조케이스(110)의 외측면에 결합하는 결합부(154)로 이루어지며,
   상기 지지부재(151)는, 상기 수냉식 응축기(220)의 하단부가 안착되는 하단지지부(153)와, 상기 하단지지부(153)의 가장자리에 일정 높이로 형성되어 상기 수냉식 응축기(220)의 측면을 지지하는 측면지지부(152)로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 차량용 히트 펌프 시스템에 있어서,
   공조케이스(110)와, 압축기(100)와 공냉식 응축기(101)를 연결하는 냉매순환라인(P)에 연결되어 상기 압축기(100)에서 배출되어 유동하는 냉매를 냉각수와 열교환시켜 응축시키는 수냉식 응축기(220)와, 상기 공조케이스(110)에 설치되어 상기 수냉식 응축기(220)를 공조케이스(110)측에 고정 지지시키는 지지수단(150)을 포함하여 이루어지고,
   상기 지지수단(150)은,
   상기 공조케이스(110)의 내측면에 형성되어 상기 수냉식 응축기(220)를 수용하는 수용부(156)와, 상기 공조케이스(110)의 내측면에 결합되어 상기 수용부(156)에 수용된 수냉식 응축기(220)를 고정 지지하는 지지부재(155)로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
   상기 지지수단(150)은,
   상기 공조케이스(110)의 측면에 상기 수냉식 응축기(220)를 고정 지지시키는 지지부재를 일체로 형성하여 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
6. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
   상기 수냉식 응축기(220)는, 수냉 라디에이터(200) 및 워터펌프(210)와 냉각수파이프(205)를 통해 연결된 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
7. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
   상기 공조케이스(110)에는, 증발기(104)가 설치된 냉풍통로(111)와, 상기 공냉식 응축기(101)가 설치된 온풍통로(112)가 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 온풍통로(112) 및 냉풍통로(111)는, 상기 공조케이스(110)의 내부에 상,하로 구획되어 형성되고,
   상기 공조케이스(110)의 입구측에는, 상기 냉풍통로(111)측으로 공기를 토출하는 제1블로어(130a)와, 상기 온풍통로(112)측으로 공기를 토출하는 제2블로어(130b)로 구성된 송풍장치(130)가 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
   

Images