KR20070039222A - The apparatus and the control method of heat pump system for car - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 냉방과 난방을 모두 수행할 수 있도록 하는 자동차용 히트펌프 시스템을 이용하여 엔진의 워밍업 시간을 단축시킴은 물론 급속난방이 가능하도록 한 자동차용 히트펌프 시스템을 이용한 난방 제어구조 및 그 방법에 관한 것으로서; 실내 열교환기(11)의 후방측에 설치되어 열교환을 마친 공기의 온도를 감지하는 온도센서(23)와, 엔진(25)의 냉각수를 이용하여 실내로 유입되는 공기를 가열하는 히터코어(20)의 전방에 설치되어 공기 흐름을 차단하는 템프 도어(21)와, 상기 히터코어(20)로 유입되는 냉각수의 온도를 감지하는 수온센서(22)와, 상기 온도센서(23) 및 수온센서(22)에 의해 감지된 기온과 수온을 비교하여 상기 템프 도어(21)를 개폐시키는 제어부를 포함하여 구성되고; 난방 도중에 엔진(25) 워밍업 신호가 입력되면 히터코어(20) 전방의 템프 도어(21)를 개방하고, 실내 열교환기(11) 후류측 기온이 냉각수온보다 높으면 템프 도어(21)를 폐쇄하고 그렇지 않으면 템프 도어(21)를 개방하게 된다.
따라서, 본 발명에 따르면 히트펌프 시스템의 난방열을 이용하여 엔진(25)의 워밍업 속도를 빠르게 할 수 있고, 템프 도어(21)의 개폐를 통해 보다 빠르게 실내 난방을 수행할 수 있다.
히트펌프, 제상, 히터코어, 냉각수온, 워밍업, 템프 도어, 열교환, 온도역전
The present invention provides a heating control structure and method using a heat pump system for a vehicle that enables rapid heating as well as shortening the warm-up time of an engine by using a heat pump system for a vehicle that can perform both cooling and heating. As to; A heater core 20 installed at the rear side of the indoor heat exchanger 11 and detecting a temperature of the air after heat exchange, and a heater core 20 for heating the air introduced into the room by using the coolant of the engine 25. Temporary door 21 to block the air flow is installed in front of the water temperature sensor 22 for detecting the temperature of the coolant flowing into the heater core 20, the temperature sensor 23 and the water temperature sensor 22 Comprising a control unit for opening and closing the temp door 21 by comparing the temperature and water temperature sensed by; When the warm-up signal of the engine 25 is input during the heating, the temp door 21 in front of the heater core 20 is opened. When the temperature of the downstream side of the indoor heat exchanger 11 is higher than the cooling water temperature, the temp door 21 is closed. Otherwise, the temp door 21 is opened.
Therefore, according to the present invention, the warm-up speed of the engine 25 may be increased by using the heating heat of the heat pump system, and the indoor heating may be more quickly performed by opening and closing the temporal door 21.
Heat Pump, Defrost, Heater Core, Coolant Temperature, Warm Up, Temp Door, Heat Exchange, Temperature Reversal
Description
도 1은, 종래의 자동차용 히트펌프 시스템이 도시된 구성도.1 is a configuration diagram showing a conventional automotive heat pump system.
도 2는, 본 발명에 의한 자동차용 히트펌프 시스템이 도시된 구성도.Figure 2 is a block diagram showing a heat pump system for a vehicle according to the present invention.
도 3은, 본 발명의 자동차용 히트펌프 시스템에서 냉방시 냉매흐름이 도시된 냉매회로도.Figure 3 is a refrigerant circuit diagram showing the refrigerant flow at the time of cooling in the heat pump system for automobiles of the present invention.
도 4는, 본 발명의 자동차용 히트펌프 시스템에서 난방시 냉매흐름이 도시된 냉매회로도.4 is a refrigerant circuit diagram showing a refrigerant flow during heating in the heat pump system for a vehicle of the present invention.
도 5는, 본 발명의 자동차용 히트펌프 시스템에서 제습난방시 냉매흐름이 도시된 냉매회로도.5 is a refrigerant circuit diagram showing the refrigerant flow during the dehumidification heating in the heat pump system for a vehicle of the present invention.
도 6은, 본 발명에 의한 자동차용 히트펌프 시스템에서 난방시 냉각수온 및 실내 열교환기 후류측 기온의 변화가 도시된 그래프.Figure 6 is a graph showing the change in the cooling water temperature and the indoor side heat exchanger downstream temperature during heating in the automotive heat pump system according to the present invention.
도 7은, 본 발명에 의한 자동차용 히트펌프 시스템 제어방법이 도시된 순서도.7 is a flowchart illustrating a method for controlling a heat pump system for a vehicle according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10: 압축기(Compressor) 11: 실내 열교환기10: Compressor 11: Indoor Heat Exchanger
12: 실외 열교환기 13: 내부 열교환기12: outdoor heat exchanger 13: internal heat exchanger
14: 팽창밸브 15: 증발기14: expansion valve 15: evaporator
16: 어큐물레이터(Accumulator) 17,17': 차단밸브16:
18,18': 삼방밸브18,18 ': Three way valve
20: 히터코어(Heater Core) 21: 템프도어(Temp. Door)20: Heater Core 21: Temp.Door
22: 수온센서 23: 온도센서22: water temperature sensor 23: temperature sensor
24: 팬 25: 엔진(Engine)24: Fan 25: Engine
본 발명은 자동차의 냉방 시스템을 이용하여 난방을 동시에 수행할 수 있도록 하는 자동차용 히트펌프(Heat Pump) 시스템에 관한 것으로서, 특히 엔진의 워밍업(Warming-Up) 시간을 단축시킬 수 있고 조기에 난방이 가능하도록 한 자동차용 히트펌프 시스템을 이용한 난방 제어구조 및 그 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat pump system for an automobile, which enables heating to be performed simultaneously using a cooling system of an automobile. In particular, the warm-up time of an engine can be shortened and heating can be performed early. The present invention relates to a heating control structure and a method using a heat pump system for a vehicle that is enabled.
일반적으로 히트펌프 시스템은 하나의 냉매 시스템을 이용하여 냉방과 난방을 동시에 수행하도록 하는 공기조화시스템으로서, 난방시에는 냉매를 냉방시의 반대방향으로 순환시키게 된다. 따라서, 히트펌프 시스템은 냉매를 압축시키는 압축기와, 냉매와 유입 공기 사이의 열교환이 이루어지는 실내 열교환기, 외부 공기와 냉매와의 열교환이 이루어지는 실외 열교환기, 냉매의 감압을 위한 팽창밸브 및 냉매의 유동 방향을 변화시키는 방향조절밸브를 구비한다.In general, a heat pump system is an air conditioning system that simultaneously performs cooling and heating by using one refrigerant system, and when heating, the refrigerant is circulated in the opposite direction of cooling. Therefore, the heat pump system includes a compressor for compressing a refrigerant, an indoor heat exchanger for exchanging heat between the refrigerant and the inlet air, an outdoor heat exchanger for exchanging heat between the external air and the refrigerant, an expansion valve for depressurizing the refrigerant, and a flow of the refrigerant. A direction control valve for changing the direction is provided.
상기한 히트펌프 시스템에서 냉방시에는 냉매가 압축기, 실외 열교환기, 팽 창밸브, 실내 열교환기, 압축기의 경로로 순환되고, 난방시에는 압축기, 실내 열교환기, 팽창밸브, 실외 열교환기, 압축기의 경로로 순환된다. 즉, 냉방시에는 실내 열교환기가 증발기로 작동되고 실외 열교환기는 응축기로 작동되지만, 난방시에는 실내 열교환기가 응축기로 작동되고 실외 열교환기가 증발기로 작동되는 것이다.In the heat pump system, the refrigerant is circulated through the compressor, the outdoor heat exchanger, the expansion valve, the indoor heat exchanger, and the path of the compressor during the cooling, and during the heating, the refrigerant, the indoor heat exchanger, the expansion valve, the outdoor heat exchanger, Circulated by path In other words, while cooling, the indoor heat exchanger is operated as an evaporator and the outdoor heat exchanger is operated as a condenser, but when heating, the indoor heat exchanger is operated as a condenser and the outdoor heat exchanger is operated as an evaporator.
그러나, 상기한 히트펌프 시스템을 자동차에 그대로 적용하기에는 에너지의 소비가 많은 단점이 있다. 즉, 자동차에는 뜨거운 엔진의 냉각수를 이용하여 실내를 난방할 수 있는 히터코어(Heater Core) 시스템이 설치되어, 추가적인 에너지의 소비없이도 난방을 수행할 수 있다. 그러나, 일반적인 구조의 히트펌프 시스템을 이용할 경우에는 난방시에도 압축기를 구동하여야 하므로, 압축기의 구동을 위한 에너지의 소비가 필수적이다.However, there is a disadvantage in that the energy consumption of the heat pump system is applied to the automobile as it is. That is, the car is equipped with a heater core system (Heater Core) system that can heat the room using the coolant of the hot engine, it is possible to perform heating without consuming additional energy. However, in the case of using a heat pump system having a general structure, since the compressor must be driven even during heating, energy consumption for driving the compressor is essential.
결국, 자동차에서 사용되는 히트펌프 시스템은 엔진을 시동한 후 일정 시간동안만 작동되도록 하는 것이 바람직하며, 엔진 냉각수의 온도가 일정 온도 이상이 되면 히트펌프 시스템의 동작을 정지시킬 필요가 있다. 이에 따라 다양한 형태의 자동차용 히트펌프 시스템이 개발되고 있다.As a result, it is preferable that the heat pump system used in an automobile be operated only for a predetermined time after starting the engine, and when the temperature of the engine coolant reaches a certain temperature or more, it is necessary to stop the operation of the heat pump system. Accordingly, various types of heat pump systems for automobiles have been developed.
도 1은 종래의 자동차용 히트펌프 시스템으로서, 냉매 사이의 열교환이 이루어지고 실내 열교환기를 하나만 구비한 것을 나타내고 있다.1 shows a conventional heat pump system for a vehicle, in which heat exchange is performed between refrigerants and only one indoor heat exchanger is provided.
상기한 자동차용 히트펌프 시스템은, 냉매를 압축시키는 압축기(50)와, 차체의 외부로 일부가 노출되는 실외 열교환기(51)와, 냉매의 압력을 강하시키는 팽창밸브(52)와, 공기의 유입 경로상에 설치되는 실내 열교환기(53)와, 고압측 냉매와 저압측 냉매 사이의 열교환이 이루어지는 내부 열교환기(55)와, 상기 실외 열교환 기(51)와 병렬로 설치되어 냉매와 냉각수 사이의 열교환이 이루어지는 냉각수 열교환기(56)와, 상기 압축기(50)로 유입되는 냉매 경로상에 설치되어 기체 냉매와 액체 냉매를 분리시키는 어큐물레이터(54)와, 냉매의 이동 경로를 전환시키기 위한 복수의 방향전환밸브(57)로 구성되어 있다.The automotive heat pump system includes a compressor (50) for compressing a refrigerant, an outdoor heat exchanger (51) partially exposed to the outside of the vehicle body, an expansion valve (52) for lowering the pressure of the refrigerant, and An
상기한 종래의 자동차용 히트펌프 시스템은 공조 모드의 변화 또는 압축기의 회전수 변화에 따라 냉매의 유동경로를 변화시켜 냉방이나 난방 또는 제습난방을 실시하게 된다.The conventional heat pump system for a vehicle may perform cooling, heating, or dehumidification heating by changing a flow path of a refrigerant according to a change in an air conditioning mode or a change in rotation speed of a compressor.
냉방시는 냉매가 압축기(50), 실외 열교환기(51), 내부 열교환기(55)의 고압측(55a), 팽창밸브(52), 실내 열교환기(53), 어큐물레이터(54), 내부 열교환기(55)의 저압측(55b)을 거쳐 압축기(50)로 귀환되는 경로로 유동된다. 즉, 실외 열교환기(51)가 응축기로 작용되고, 실내 열교환기(53)는 증발기로 작용되어 유입공기가 실내 열교환기(53)를 통과하면서 가열되어 실내를 냉방시키도록 하고 있다.At the time of cooling, the refrigerant flows through the
난방 또는 제습시에는 냉매가 압축기(50), 실내 열교환기(53), 팽창밸브(52), 실외 열교환기(51), 어큐물레이터(54), 압축기(50)의 경로를 거치게 된다. 따라서, 실내 열교환기(53)가 응축기의 기능을 수행하여 실내로 유입되는 공기를 가열하게 되고, 실외 열교환기(51)가 증발기가 되어 냉매를 기화시키게 되는 것이다. 이때, 외부 공기가 냉각수 열교환기(56)를 통과하면서 어느 정도 가열된 후 실외 열교환기(51)에서 냉매와 열교환을 하게 되므로 외기의 온도가 낮더라도 실외 열교환기(51)에서의 성에가 발생되지 않게 된다.During heating or dehumidification, the refrigerant passes through the
그러나, 상기한 종래의 자동차용 히트펌프 시스템은 냉방에서 난방으로 전환 할 때 응축수가 급격하게 증발하면서 실내의 습도를 높임과 동시에 포그(Fog)를 발생시키는 문제점이 있다.However, the conventional heat pump system for automobiles has a problem of generating fog while simultaneously condensing water rapidly evaporates when switching from cooling to heating.
즉, 공기가 유입되는 공기통로상에 위치되는 1개의 실내 열교환기(53)가 냉방시에는 증발기로 작동되고 난방시에는 응축기로 작용하게 되므로, 냉방에서 난방으로 전환시키게 되면 증발기로 작용될 때 생성된 응축수가 급격하게 증발된다. 따라서, 실내로 유입되는 공기의 습도가 높아지게 되어 불쾌감이 들도록 하고, 앞차창에 포그를 형성하여 운전자의 시야를 가리는 것은 물론, 외부 온도가 낮을 경우에는 앞차창에 얼어붙어 성에를 형성하게 됨으로써 운전시 위험을 초래하게 된다.That is, since one
본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 템프 도어의 개폐를 통해 급속 난방이 가능하도록 하거나 엔진 워밍업 속도를 빠르게 할 수 있는 자동차용 히트펌프 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in order to solve the above-described problems, an object of the present invention is to provide a heat pump system for an automobile capable of rapid heating or opening the engine warm-up speed through the opening and closing of the temporal door.
또, 본 발명은 냉각수를 이용하여 실내를 난방할 수 있는 히터코어 시스템과 연동되어 작동됨으로써 에너지의 소비를 감소시킬 수 있는 자동차용 히트펌프 시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a heat pump system for an automobile that can be operated in conjunction with a heater core system capable of heating a room using cooling water to reduce energy consumption.
또한, 본 발명은 난방용 실내 열교환기와 증발기를 별도로 구비하여 응축수의 증발로 인한 포그 발생을 방지할 수 있는 자동차용 히트펌프 시스템을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a heat pump system for an automobile having a heating indoor heat exchanger and an evaporator separately to prevent generation of fog due to evaporation of condensate.
또, 본 발명은 엔진 냉각수와 공조장치에 의해 가열된 공기 사이의 열교환이 이루어지도록 함으로써 난방 속도 및 엔진 워밍업 속도의 조절이 가능하도록 한 자 동차용 히트펌프 시스템 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide a method for controlling a heat pump system for a vehicle, in which heat exchange between an engine coolant and air heated by an air conditioner is performed, thereby enabling adjustment of a heating speed and an engine warm-up speed.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자동차용 히트펌프 시스템에 따르면, 냉매를 압축 토출시키는 압축기와, 상기 압축기에서 나온 냉매와 실내로 유입되는 공기 사이의 열교환이 이루어지는 실내 열교환기와, 냉매의 압력을 강하시키는 팽창밸브와, 냉매와 외부 공기 사이의 열교환이 이루어지는 실외 열교환기와, 실내로 유입되는 공기와 냉매 사이의 열교환을 통해 공기를 냉각시키는 증발기와, 고압측 냉매와 저압측 냉매 사이의 열교환이 이루어지는 내부 열교환기와, 2차 열교환을 마친 냉매에서 액냉매를 분리시키는 어큐물레이터를 포함하는 자동차용 히트펌프 시스템에 있어서; 상기 내부 열교환기의 후방측에 설치되어 열교환을 마친 공기의 온도를 감지하는 온도센서와, 엔진의 냉각수를 이용하여 실내로 유입되는 공기를 가열하는 히터코어의 전방에 설치되어 공기 흐름을 차단하는 템프 도어와, 상기 히터코어로 유입되는 냉각수의 온도를 감지하는 수온센서와, 상기 온도센서 및 수온센서에 의해 감지된 기온과 수온을 비교하여 상기 템프 도어를 개폐시키는 제어부를 포함한다.According to the heat pump system for automobiles of the present invention for achieving the above object, the compressor for compressing and discharging the refrigerant, the indoor heat exchanger is a heat exchange between the refrigerant from the compressor and the air introduced into the room, the pressure of the refrigerant An expansion valve for lowering, an outdoor heat exchanger for exchanging heat between the refrigerant and the outside air, an evaporator for cooling the air through heat exchange between the air flowing into the room and the refrigerant, and a heat exchange between the high pressure refrigerant and the low pressure refrigerant An automotive heat pump system comprising an internal heat exchanger and an accumulator for separating a liquid refrigerant from a refrigerant having undergone secondary heat exchange; A temperature sensor installed at the rear side of the internal heat exchanger to sense the temperature of the heat-exchanged air, and a temper installed at the front of the heater core that heats the air introduced into the room by using the coolant of the engine. It includes a door, a water temperature sensor for sensing the temperature of the cooling water flowing into the heater core, and a control unit for opening and closing the temp door by comparing the temperature and the water temperature detected by the temperature sensor and the water temperature sensor.
또, 본 발명의 자동차용 히트펌프 시스템에 따르면, 상기 제어부는 엔진 워밍업시 상기 템프 도어를 개방하여 상기 실내 열교환기에 의한 난방열로 히터코어의 냉각수를 가열하도록 하거나, 급속 난방이 요구되는 경우 상기 템프 도어를 폐쇄하여 상기 실내 열교환기에 의해 가열된 공기가 곧바로 실내로 토출되도록 한다.In addition, according to the heat pump system for a vehicle of the present invention, the control unit opens the temp door when the engine warms up to heat the cooling water of the heater core by heating heat by the indoor heat exchanger, or the temp door when rapid heating is required. To close the air heated by the indoor heat exchanger immediately discharged into the room.
또한, 본 발명의 자동차용 히트펌프 시스템 제어방법에 따르면, 자동차가 시 동되면 난방모드인지를 확인하는 제1단계와, 엔진 워밍업 신호가 입력되면 히터코어 전방의 템프 도어를 개방하는 제2단계와, 상기 제2단계에서 엔진 워밍업 신호가 입력되지 않으면 실내 열교환기 후류측 기온과 냉각수온을 비교하는 제3단계와, 상기 제3단계에서 실내 열교환기 후류측 기온이 냉각수온보다 높으면 템프 도어를 폐쇄하고 그렇지 않으면 템프 도어를 개방하는 제4단계를 포함한다.In addition, according to the control method of a heat pump system for a vehicle of the present invention, a first step of checking whether the vehicle is in heating mode when the vehicle is started, and a second step of opening the temp door in front of the heater core when an engine warm-up signal is input; A third step of comparing the temperature of the downstream side heat exchanger and the cooling water temperature when the engine warm-up signal is not input in the second stage; and closing the temporal door when the temperature of the downstream side of the indoor heat exchanger is higher than the cooling water temperature in the third stage. Otherwise, the fourth step of opening the temp door.
또, 본 발명의 자동차용 히트펌프 시스템 제어방법에 따르면, 상기 제2단계에서 급속난방 신호가 입력되면 엔진 워밍업 신호를 무시하게 된다.In addition, according to the control method of a heat pump system for a vehicle of the present invention, if a rapid heating signal is input in the second step, the engine warm-up signal is ignored.
상기한 본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The above features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings. Prior to this, the terms or words used in the present specification and claims are based on the principle that the inventor can appropriately define the concept of terms in order to explain the invention in the best way. It should be interpreted as meanings and concepts corresponding to
도 2는 본 발명에 의한 자동차용 히트펌프 시스템이 도시된 구성도이고, 도 3은 본 발명의 자동차용 히트펌프 시스템에서 냉방시의 냉매흐름이 도시된 냉매회로도이며, 도 4는 난방시의 냉매흐름이 도시된 냉매회로도이고, 도 5는 제습난방시의 냉매흐름이 도시된 냉매회로도이다. 또한, 도 6은 본 발명에 의한 자동차용 히트펌프 시스템에서 난방시 냉각수온 및 실내 열교환기의 후류측 기온의 변화가 도시된 그래프이고, 도 7은 본 발명에 의한 자동차용 히트펌프 시스템 제어방법이 도시된 순서도이다.Figure 2 is a block diagram showing a heat pump system for a vehicle according to the present invention, Figure 3 is a refrigerant circuit diagram showing a refrigerant flow at the time of cooling in the automotive heat pump system of the present invention, Figure 4 is a refrigerant during heating 5 is a refrigerant circuit diagram showing a flow, and FIG. 5 is a refrigerant circuit diagram showing a refrigerant flow during dehumidification heating. In addition, Figure 6 is a graph showing a change in the cooling water temperature and the downstream temperature of the indoor heat exchanger during heating in the automotive heat pump system according to the present invention, Figure 7 is a heat pump system control method for automobiles according to the present invention The flow chart shown.
본 발명에 의한 자동차용 히트펌프 시스템은, 냉매를 압축 토출시키는 압축 기(10)와, 상기 압축기(10)에서 나온 냉매와 실내로 유입되는 공기 사이의 열교환이 이루어지는 실내 열교환기(11)와, 냉매의 압력을 강하시키는 팽창밸브(14)와, 냉매와 외부 공기 사이의 열교환이 이루어지는 실외 열교환기(12)와, 실내로 유입되는 공기와 냉매 사이의 열교환을 통해 공기를 냉각시키는 증발기(15)와, 고압측 냉매와 저압측 냉매 사이의 열교환이 이루어지는 내부 열교환기(13)와, 2차 열교환을 마친 냉매에서 액냉매를 분리시키는 어큐물레이터(16)와, 냉매의 흐름 방향을 조절하는 2개의 삼방밸브(18,18')와, 냉매의 흐름을 차단하는 2개의 차단밸브(17,17')를 포함하여 구성된다.An automotive heat pump system according to the present invention includes a
또, 엔진(25)의 냉각수를 이용하여 팬(24)에 의해 송풍되는 공기를 가열하는 히터코어(20)와, 상기 히터코어(20)의 전방측에 설치되어 공기의 흐름을 차단하는 템프 도어(21)가 설치된다. 그리고, 상기 실내 열교환기(11)의 후방측에 열교환을 마친 공기의 온도를 감지하는 온도센서(23)가 설치되고, 상기 히터코어(20)로 유입되는 냉각수의 온도를 감지하는 수온센서(22)가 설치되며, 상기 온도센서(23) 및 수온센서(22)에 의해 감지된 실내 열교환기(11) 후류측 기온과 냉각수온을 비교하여 상기 템프 도어(21)를 개폐시키고 공조형태에 따라 상기 차단밸브(17,17')를 개폐시키는 제어부(30)가 구비된다.In addition, a
상기와 같이 구성된 본 발명의 자동차용 히트펌프 시스템은 차단밸브(17,17')와 삼방밸브(18,18')를 이용하여 냉매의 유동방향을 변화시킴으로써 냉방 모드 또는 난방 모드로 작동되고, 난방시 실내 열교환기(11)의 후류측 기온과 냉각수의 온도를 비교하여 템프 도어(21)를 개폐시킴으로써 엔진 워밍업 속도를 빠르게 하거나 초기 난방속도를 빠르게 한다.Automotive heat pump system of the present invention configured as described above is operated in the cooling mode or heating mode by changing the flow direction of the refrigerant by using the shut-off
히트펌프 시스템을 냉방으로 제어하는 경우, 제1차단밸브(17)는 개방되고 제2차단밸브(17')는 차단된다. 따라서, 압축기(10)에서 토출된 냉매가 제1삼방밸브(18)에 의해 실외 열교환기(12)로 흐르게 되고, 실외 열교환기(12)에서 응축된 냉매가 제1차단밸브(17)를 거쳐 내부 열교환기(13)의 고압측을 지나게 된다. 이어 팽창밸브(14)를 지나면서 압력이 강하되고, 제2삼방밸브(18')에 의해 증발기(15)로 흐르게 되며, 상기 증발기(15)에서는 주위 공기와의 열교환을 통해 증발됨으로써 팬(24)에 의해 송풍된 공기가 냉각되어 실내로 토출되도록 한다. 상기 증발기(15)에서 나온 냉매는 어큐물레이터(16)를 통과하면서 액냉매가 분리되고 내부 열교환기(13)의 저압측을 통과하면서 고압측의 냉매와 열교환을 통해 완전히 기화된 후 압축기(10)로 귀환하게 된다.When the heat pump system is controlled to be cooled, the
히트펌프 시스템을 난방으로 제어하는 경우에는 제1차단밸브(17)가 차단되고 제2차단밸브(17')가 개방된다. 따라서, 압축기(10)에서 토출된 냉매가 제1삼방밸브(18)에 의해 실내 열교환기(11)로 흐르게 되고, 실내 열교환기(11)의 내부에서 응축됨으로써 팬(24)에 의해 송풍되는 공기가 가열되어 실내로 토출되도록 한다. 이어, 내부 열교환기(13)의 고압측을 거쳐 팽창밸브(14)를 지나면서 압력이 강하되고, 제2삼방밸브(18')에 의해 실외 열교환기(12)로 흐르게 된다. 실외 열교환기(12)에서는 주위 공기와의 열교환을 통해 냉매가 증발되고, 개방되어 있는 제2차단밸브(17')를 거쳐 어큐물레이터(16)를 통과하게 된다. 이어, 내부 열교환기(13)의 저압측을 통과하면서 고압측의 냉매와 열교환을 통해 완전히 기화된 후 압축기(10) 로 귀환하게 된다.When the heat pump system is controlled by heating, the
히트펌프 시스템을 제습난방으로 제어하는 경우에는 제1차단밸브(17)와 제2차단밸브(17')가 모두 차단되어 불필요한 냉매의 유동을 제한하게 된다. 따라서, 압축기(10)에서 토출된 냉매가 제1삼방밸브(18)에 의해 실내 열교환기(11)로 흐르게 되고, 실내 열교환기(11)에서 응축됨으로써 팬(24)에 의해 송풍되는 공기가 가열되어 실내로 토출되도록 한다. 이어, 내부 열교환기(13)의 고압측을 거쳐 팽창밸브(14)를 지나면서 압력이 강하되고, 제2삼방밸브(18')에 의해 증발기(15)로 흐르게 된다. 증발기(15)에서는 주위 공기와의 열교환을 통해 냉매가 증발되는데, 이 과정에서 공기중의 수증기가 증발기(15)의 표면에서 응결됨으로써 송풍되는 공기의 습도를 하강시키게 되는 것이다. 상기 증발기(15)에서 나온 냉매는 어큐물레이터(16)를 통과하면서 액냉매가 분리되고 내부 열교환기(13)의 저압측을 통과하면서 고압측의 냉매와 열교환을 통해 완전히 기화된 후 압축기(10)로 귀환하게 된다.When the heat pump system is controlled by dehumidification heating, both the
제습난방시 제습량의 조절은 제2삼방밸브(18')와 제2차단밸브(17')의 조절을 통해 이루어진다. 즉, 제습량을 줄이고 싶을 때에는 제2삼방밸브(18')가 팽창밸브(14)에서 나온 냉매를 실외 열교환기(12)측으로 공급하고 제2차단밸브(17')가 개방되어 일반 난방시와 동일한 경로로 냉매를 유동시킨다. 결과적으로 제2삼방밸브(18')를 이용하여 냉매의 유동방향을 변화시킴으로써 제습량을 조절할 수 있게 된다.The control of the dehumidification amount during the dehumidification heating is performed by adjusting the second three-way valve 18 'and the second shut-off valve 17'. That is, to reduce the amount of dehumidification, the second three-way valve 18 'supplies the refrigerant from the
또한, 난방이나 제습난방시 실외 열교환기(12)에서 외부 공기와 냉매 사이의 열교환이 이루어지게 되면, 외부 온도가 낮을 때에는 실외 열교환기(12)에 얼음이 얼 수 있다. 이때에는 냉매가 냉방시와 동일한 경로로 유동되도록 하여, 압축기(10)에서 토출된 고온의 냉매가 실외 열교환기(12)에 유입되어 실외 열교환기(12)에 형성된 얼음을 제거하도록 하는, 제상모드로 제어할 수 있다. 물론, 일정 시간이 지난 이후에는 원래와 동일한 경로로 냉매를 유동시켜 원래의 목적을 달성할 수 있도록 하는 것은 당연하다.In addition, when the heat exchange between the outside air and the refrigerant is made in the
여기서, 상기 내부 열교환기(13)는 냉방시와 난방시 모두 중요한 역할을 수행하는데, 냉매의 온도조절을 통해 시스템의 성능을 향상시키게 된다. 즉, 냉방시에는 팽창밸브(14) 입구측의 냉매 온도를 하강시켜 고압측의 압력을 낮춤으로써 시스템의 효율을 향상시키게 되고, 난방시에는 압축기(10) 흡입측의 냉매온도를 상승시켜 압축기(10)의 토출온도를 상승시킴으로써 시스템의 효율을 향상시키고 액상냉매가 압축기로 유입되는 것을 방지한다.Here, the
여기서 상기한 히트펌프 시스템과는 별도로 히터코어(20)를 이용하여 차 실내의 난방을 수행할 수 있는데, 냉각수의 온도 및 차량의 운전조건 등에 따라 히터코어(20) 전방의 템프 도어(21)를 개폐시킴으로써 차량의 워밍업 속도를 빠르게 하거나 난방속도를 빠르게 한다.Here, the heating of the vehicle interior may be performed by using the
날씨가 추운 곳에서 자동차를 시동하는 경우, 엔진(25)을 냉각시키는 냉각수온이 너무 낮으면 워밍업에 걸리는 시간이 길어진다. 따라서, 추운 곳에서 자동차를 시동하는 경우에는 대부분 냉각수의 순환경로를 단축시켜 냉각수의 온도를 빠르게 상승시킴으로써 엔진(25)의 워밍업에 걸리는 시간을 단축시키고 있다.When starting the car in a cold place, the time required for warming up is long if the coolant temperature for cooling the
또한, 대부분의 경우 자동차의 시동과 더불어 난방을 실시하게 되는데, 히트 펌프 시스템에 의한 난방열로 공기의 온도가 빠르게 상승되는데 비하여 냉각수의 수온이 상승하는 속도가 느리게 된다. 따라서, 추운 곳에서 시동과 동시에 난방을 실시하게 되면, 시동 초기에는 히트펌프 시스템에 의해 데워진 공기의 온도보다 냉각수의 수온이 더 낮게 나타나는 온도역전 현상이 야기된다. 물론, 엔진(25)을 일정 시간 이상 구동하게 되면 냉각수의 수온이 히트펌프 시스템의 난방열에 의한 기온보다 상승되어 히터코어(20)를 이용한 난방이 효과적인 것은 당연하다.In addition, in most cases, the heating is performed along with the start of the vehicle, and the temperature of the air is rapidly increased by the heat of heating by the heat pump system. Therefore, when heating is performed simultaneously with starting in a cold place, a temperature reversal phenomenon occurs in which the temperature of the cooling water is lower than the temperature of the air warmed by the heat pump system at the beginning of the starting. Of course, when the
이에 따라 본 발명에서는 히터코어(20)로 유입되는 냉각수의 온도(Tw)를 수온센서(22)로 감지하고, 실내 열교환기(11)에서 열교환을 마친 공기의 온도인 실내 열교환기(11) 후류측 온도(Ta)를 온도센서(23)로 감지한 후, 양자의 온도에 따라 히터코어(20)에 의한 실내 열교환기(11)의 후류측 공기와 냉각수 사이의 열교환 여부를 결정하게 된다.Accordingly, in the present invention, the temperature Tw of the coolant flowing into the
자동차의 엔진(25)이 시동되면 난방중인지를 확인하여 난방중에 있으면 엔진(25)의 워밍업 여부를 확인한다. 엔진(25)이 워밍업중이면 시동 초기로서 냉각수온(Tw)이 기온(Ta)보다 낮으므로, 히터코어(20) 전방의 템프 도어(21)를 개방한다. 이에 따라 히터코어(20) 내부의 냉각수와 실내 열교환기(11)에 의해 열교환을 마친 공기가 서로 열교환을 하게 된다. 따라서, 엔진(25)으로 순환되는 냉각수의 온도가 빠르게 상승되어 엔진(25)의 워밍업 속도를 빨라지게 된다. 물론, 냉각수와 공기 사이의 열교환은 난방열을 빼앗기는 것을 의미하므로, 급속난방이 요구되는 경우에는 엔진(25)의 워밍업 여부에 관계없이 템프 도어(21)를 폐쇄함으로써 난방이 빠르게 이루어지도록 한다.When the
엔진이 워밍업 상태가 아닌 경우에는 수온센서(22)에 의해 감지된 냉각수온(Tw)과 온도센서(23)에 의해 감지된 실내 열교환기(11) 후류의 기온(Ta)을 비교한다. 만약, 냉각수온(Tw)에 비해 기온(Ta)이 더 높을 경우에는 템프 도어(21)를 폐쇄하여 히터코어(20)에 의한 열교환이 없이 내부 열교환기(11)에 의해 가열된 공기만이 실내로 유입되도록 한다. 또한, 상기 수온센서(22)에 의해 감지된 냉각수온(Tw)이 기온(Ta) 이상이면, 템프 도어(21)를 개방하여 내부 열교환기(11)에 의해 가열된 공기가 히터코어(20)에 의해 재차 가열된 후 실내로 유입되도록 한다. 결과적으로 실내로 유입되는 히터코어(20)에 의해 공기의 온도가 낮아지지 않도록 하되 히터코어(20)와의 열교환을 통해 높아질 수는 있도록 함으로써 난방속도를 빠르게 하는 것이다.When the engine is not warmed up, the cooling water temperature Tw detected by the
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the scope of the present invention is not limited to such specific embodiments, and those of ordinary skill in the art are appropriately within the scope described in the claims of the present invention. Changes will be possible.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 자동차용 히트펌프 시스템을 이용한 난방 제어구조 및 그 방법은, 시동과 동시에 난방을 수행하는 경우 히트펌프 시스템의 난방열을 이용하여 엔진(25)의 워밍업 속도를 빠르게 할 수 있고, 냉각수온(Tw)과 내부 열교환기(11)의 후류측 기온(Ta)을 비교하여 템프 도어(21)를 개폐시킴으로써 보다 빠르게 실내 난방을 수행할 수 있는 효과가 있다.As described above, the heating control structure and the method using the heat pump system for a vehicle of the present invention can increase the warm-up speed of the
또한, 본 발명의 자동차용 히트펌프 시스템에 따르면, 냉방용 열교환기인 증발기(15)와 난방용 열교환기인 실내 열교환기(11)를 모두 설치하여 냉방에서 난방으로 전환할 때 습도 증가 및 포그 발생을 방지할 수 있는 다른 효과가 있다.In addition, according to the automotive heat pump system of the present invention, by installing both the
또, 본 발명의 자동차용 히트펌프 시스템에 따르면, 내부 열교환기(13)를 통해 압축기(10) 흡입측 냉매를 가열하여 액상의 냉매가 압축기(10)로 유입되지 않도록 하여 압축기(10)를 보호할 수 있는 다른 효과가 있다.Further, according to the automotive heat pump system of the present invention, the
또한, 본 발명의 자동차용 히트펌프 시스템에 따르면, 내부 열교환기(13)의 고압측이 모두 팽창밸브(14) 직전에 있고 그 저압측은 압축기(10) 흡입측에 존재하게 되므로 시스템의 효율과 성능을 최대화할 수 있는 또 다른 효과가 있다.Further, according to the automotive heat pump system of the present invention, the high pressure side of the
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