KR20220147207A - 차량용 히트펌프 시스템 및 이의 제어방법 - Google Patents

차량용 히트펌프 시스템 및 이의 제어방법 Download PDF

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KR20220147207A
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김학규
김태완
이재민
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한온시스템 주식회사
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Abstract

히트펌프 모드 시 배관 및 열교환기에 잔류하는 냉매 및 오일을 압축기로 원활히 회수하도록 개선된 구조를 갖는 차량용 히트펌프 시스템이 개시된다. 차량용 히트펌프 시스템은 냉매를 압축하여 토출하는 압축기와, 공조케이스 내에 구비되고 압축기에서 토출된 냉매를 공기와 열교환시켜 방열시키는 실내열교환기와, 상기 실내열교환기를 통과한 냉매를 선택적으로 팽창시키는 제1 팽창밸브와, 상기 제1 팽창밸브를 통과한 냉매를 실외 공기와 열교환시키는 실외열교환기 및 공조케이스 내에 구비되어 상기 실외열교환기를 통과한 냉매를 공기와 열교환시켜 증발시키는 증발기를 포함하는 차량용 히트펌프 시스템에 있어서, 냉매 유동 방향으로 증발기의 상류에 구비되는 증발기측 팽창밸브; 상기 실외열교환기와 증발기측 팽창밸브 사이의 냉매라인에서 분기되어 구비되며 배터리를 순환하는 냉각수와 열교환하는 배터리칠러; 및 냉매 유동 방향으로 배터리칠러의 상류에 구비되는 배터리칠러측 팽창밸브를 구비하며, 히트펌프 모드 시 배터리칠러측 팽창밸브는 개방하여 냉매가 흐르게 하고 증발기측 팽창밸브는 폐쇄하여 냉매의 흐름을 차단하도록 제어하는 제어부를 구비한다.

Description

차량용 히트펌프 시스템 및 이의 제어방법{HEAT PUMP SYSTEM FOR VEHICLE AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 차량용 히트펌프 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 히트펌프 모드 시 실외열교환기 및 증발기에 적체된 오일을 회수하도록 구성된 차량용 히트펌프 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 차량용 공조장치는 차량의 실내를 냉방하기 위한 냉방시스템과, 차량의 실내를 난방하기 위한 난방시스템을 포함하여 이루어진다. 냉방시스템은 냉매사이클의 실내 열교환기 측에서 실내 열교환기의 외부를 거치는 공기를 증발기의 내부에서 유동되는 냉매와 열교환시켜 냉기로 바꾸어 차량 실내를 냉방한다. 아울러, 난방시스템은 냉각수 사이클의 히터코어 측에서 히터코어 외부를 거치는 공기를 히터코어의 내부에서 유동되는 냉각수와 열교환시켜 온기로 바꾸어 차량 실내를 난방하도록 구성된다.
한편, 전술한 차량용 공조장치와는 다른 것으로, 하나의 냉매사이클을 이용하여 냉매의 유동방향을 전환함으로써, 냉방과 난방을 선택적으로 수행할 수 있는 히트펌프 시스템이 적용되고 있다. 히트펌프 시스템은 공조케이스 내부에 설치되어 차량 실내로 송풍되는 공기와 열교환하기 위한 실내 열교환기와, 공조케이스 외부에서 열교환하기 위한 실외 열교환기 및 냉매의 유동방향을 전환할 수 있는 방향조절밸브 등을 구비한다. 방향조절밸브에 의한 냉매의 유동방향에 따라 냉방 모드가 가동될 경우에 실내 열교환기가 냉방용 열교환기의 기능을 수행하며, 난방 모드가 가동될 경우에는 실내 열교환기가 난방용 열교환기의 기능을 수행한다.
도 1을 참조하면, 종래의 차량용 히트펌프 시스템은 압축기(30)와, 실내열교환기(32)와, 제1 팽창밸브(34)와, 실외열교환기(48)와, 증발기(60)를 포함하여 이루어진다.
압축기(30)는 냉매를 흡입하여 압축한 후 고온 고압의 기체 상태로 토출한다. 실내열교환기(32)는 압축기(30)로부터 토출되는 냉매를 이를 통과하는 공기와 열교환시켜 공기를 가열한다. 제1 팽창밸브(34)는 실내열교환기(32)를 통과한 냉매를 팽창시키며, 실외열교환기(48)는 제1팽창밸브(34)를 통과한 냉매를 실외 공기와 열교환시킨다. 증발기(60)는 냉매를 이를 통과하는 공기와 열교환시켜 공기를 냉각한다.
증발기(60) 및 실내열교환기(32)는 공조케이스(10) 내에 공기유동 방향으로 순차로 설치된다. 증발기(60)와 실내열교환기(32)의 사이에는 온풍유로와 냉풍유로 간의 공기 유동량을 제어하여 공기 온도를 조절하는 템프도어(12)가 구비된다. 공조케이스(10)의 일 측에는 내기 또는 외기를 공조케이스(10)의 공기유로로 송풍하기 위한 송풍기(20)가 구비된다.
증발기(60)와 압축기(30) 사이에는 압축기(30)로 유입되는 냉매를 기상과 액상으로 분리하는 어큐뮬레이터(62)가 더 구비된다. 또한, 실외열교환기(48)와 증발기(60)의 사이에, 증발기(60)로 공급되는 냉매와 압축기(30)로 복귀하는 냉매를 열교환시키는 내부열교환기(50)가 더 구비될 수 있다. 한편, 실내열교환기(32)를 통과한 냉매는 제1 팽창밸브(34)에 대해 병렬로 설치된 제1 바이패스밸브(36)에 의해 제1 팽창밸브(34)로 선택적으로 유동된다.
아울러, 증발기(60)의 상류측에는 증발기(60)로 공급되는 냉매를 선택적으로 팽창시키는 제2 팽창밸브(56)가 구비된다. 실외열교환기(48)와 제2 팽창밸브(56) 사이에는, 제2 팽창밸브(56)와 병렬로 설치되어 실외열교환기(48)의 출구측과 어큐뮬레이터(62)의 입구측을 선택적으로 연결하는 제2 바이패스밸브(58)를 구비할 수 있다.
에어컨 모드(냉방 모드) 시, 제1 바이패스밸브(36) 및 제2 팽창밸브(56)는 개방되고, 제1 팽창밸브(34) 및 제2 바이패스밸브(58)는 닫힌다. 템프도어(12)는 냉풍유로를 개방한다. 압축기(30)로부터 토출되는 냉매는 실내열교환기(32), 제1 바이패스밸브(36), 실외열교환기(48), 제2 팽창밸브(56), 증발기(60), 어큐뮬레이터(62)를 차례로 통과하여 압축기(30)로 복귀한다.
히트펌프 모드(난방 모드) 시, 제1 바이패스밸브(36) 및 제2 팽창밸브(56)는 닫히고, 제1 팽창밸브(34) 및 제2 바이패스밸브(58)는 개방된다. 또한, 템프도어(12)는 온풍유로를 개방한다. 압축기(30)로부터 토출되는 냉매는 실내열교환기(32), 제1 팽창밸브(34), 실외열교환기(48), 제2 바이패스밸브(58), 어큐뮬레이터(62)를 차례로 통과하여 압축기(30)로 복귀한다. 이 경우, 실내열교환기(32)는 난방기의 역할을 하게 되고, 실외열교환기(48)는 증발기의 역할을 한다.
한편, 히트펌프 모드에서 제습 시, 냉매는 압축기(30)로부터 토출되어 실내열교환기(32)를 지난 후, 제1 팽창밸브(34)를 통과한 냉매 중 일부는 실외열교환기(48), 제2 바이패스밸브(58), 어큐뮬레이터(62)를 차례로 통과하여 압축기(30)로 복귀한다. 아울러, 제1 팽창밸브(34)를 통과한 냉매 중 다른 일부를 증발기(60)로 유동시켜 차실내의 제습을 수행하게 된다.
종래의 차량용 히트펌프 시스템은 시스템이 오프(Off)된 상태에서 모든 냉매라인(배관) 및 열교환기에 냉매와 오일이 적체되어 있다. 이로 인해, 히트펌프 모드 시에는 냉매 흐름이 없는 증발기 등의 열교환기와 이와 연결된 배관의 냉매 및 오일을 회수하여 시스템이 안정적으로 작동되어야 한다. 시스템 평가를 통한 결과 히트펌프 모드 작동 후 시스템을 오프(Off)할 때 압축기측의 잔류 오일량의 차이가 발생한다. 만약, 히트펌프 시스템을 재작동시에 압축기의 오일량이 작을 경우, 압축기의 작동소음이 커지고 압축기의 내구성이 취약해지는 문제가 발생한다.
대한민국 공개특허공보 제10-2020-0061420호(2020.06.03)
이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 히트펌프 모드 시 배관 및 열교환기에 잔류하는 냉매 및 오일을 압축기로 원활히 회수하도록 개선된 구조를 갖는 차량용 히트펌프 시스템 및 이의 제어방법을 제공한다.
본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 냉매를 압축하여 토출하는 압축기와, 공조케이스 내에 구비되고 압축기에서 토출된 냉매를 공기와 열교환시켜 방열시키는 실내열교환기와, 상기 실내열교환기를 통과한 냉매를 선택적으로 팽창시키는 제1 팽창밸브와, 상기 제1 팽창밸브를 통과한 냉매를 실외 공기와 열교환시키는 실외열교환기 및 공조케이스 내에 구비되어 상기 실외열교환기를 통과한 냉매를 공기와 열교환시켜 증발시키는 증발기를 포함하는 차량용 히트펌프 시스템에 있어서, 냉매 유동 방향으로 증발기의 상류에 구비되는 증발기측 팽창밸브; 상기 실외열교환기와 증발기측 팽창밸브 사이의 냉매라인에서 분기되어 구비되며 배터리를 순환하는 냉각수와 열교환하는 배터리칠러; 및 냉매 유동 방향으로 배터리칠러의 상류에 구비되는 배터리칠러측 팽창밸브를 구비하며, 히트펌프 모드 시 복수의 팽창밸브 중 하나의 팽창밸브는 개방하고 나머지 팽창밸브는 차단하도록 제어하는 제어부를 구비한다.
상기 제어부는, 히트펌프 모드 시 배터리칠러측 팽창밸브는 개방하여 냉매가 흐르게 하고 증발기측 팽창밸브는 폐쇄하여 냉매의 흐름을 차단하도록 제어한다.
상기 증발기와 배터리칠러는 병렬로 연결되고, 상기 배터리칠러측 팽창밸브 및 배터리칠러는 증발기를 바이패스하는 배터리냉각라인에 구비된다.
상기 제1 팽창밸브의 하류측에서 분기되어 증발기로 냉매를 공급하는 제습라인; 및 상기 제습라인에 구비되는 제1 냉매제어밸브를 포함하며, 상기 제어부는 냉매를 상기 제습라인을 통해 증발기로 공급하는 히트펌프및제습 모드 시 배터리칠러측 팽창밸브는 개방하여 냉매가 흐르게 하고 증발기측 팽창밸브는 폐쇄하여 냉매의 흐름을 차단하도록 제어한다.
상기 배터리칠러는 상하 방향으로 압축기보다 하부에 배치된다.
상기 제1 팽창밸브와 실외열교환기 사이에서 분기되어 실외열교환기 및 증발기를 바이패스하는 바이패스라인 및 상기 바이패스라인과 실외열교환기를 향하는 냉매라인 사이의 개도를 조절하는 제2 냉매제어밸브를 더 구비한다.
상기 제어부는, 히트펌프 모드 시 제2 냉매제어밸브를 제어하여 냉매가 실외열교환기를 바이패스하도록 한다.
본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 제어방법은 냉매를 압축하여 토출하는 압축기와, 공조케이스 내에 구비되고 압축기에서 토출된 냉매를 공기와 열교환시켜 방열시키는 실내열교환기와, 상기 실내열교환기를 통과한 냉매를 선택적으로 팽창시키는 제1 팽창밸브와, 상기 제1 팽창밸브를 통과한 냉매를 실외 공기와 열교환시키는 실외열교환기 및 공조케이스 내에 구비되어 상기 실외열교환기를 통과한 냉매를 공기와 열교환시켜 증발시키는 증발기와, 냉매 유동 방향으로 증발기의 상류에 구비되는 증발기측 팽창밸브와, 상기 실외열교환기와 증발기측 팽창밸브 사이의 냉매라인에서 분기되어 구비되며 배터리를 순환하는 냉각수와 열교환하는 배터리칠러와, 냉매 유동 방향으로 배터리칠러의 상류에 구비되는 배터리칠러측 팽창밸브를 포함하는 차량용 히트펌프 시스템의 제어방법으로서, 히트펌프 모드 시 배터리칠러측 팽창밸브는 개방하여 냉매가 흐르게 하고 증발기측 팽창밸브는 폐쇄하여 냉매의 흐름을 차단하도록 제어한다.
본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템 및 이의 제어방법은 히트펌프 모드 시 배터리칠러측 팽창밸브는 개방하여 냉매가 흐르게 하고 증발기측 팽창밸브는 폐쇄하여 냉매의 흐름을 차단하도록 제어함으로써, 히트펌프 모드 시 냉매 및 오일이 더 잘 순환되며 히트펌프 모드 작동 후 압축기측 냉매 및 오일 잔류량이 커져 압축기의 작동 소음을 현저히 줄일 수 있고 압축기의 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 차량용 히트펌프 시스템을 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템을 도시한 것이며,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어부의 공조 모드에 따른 작동제어를 도시한 표이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 히트펌프 모드를 도시한 것이며,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 히트펌프및 제습 모드를 도시한 것이고,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 에어컨 모드를 도시한 것이다.
이하 첨부된 도면에 따라서 차량용 히트펌프 시스템 및 이의 제어방법의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 압축기(101)와, 실내열교환기(102)와, 제1 팽창밸브(104)와, 실외열교환기(108)와, 증발기측 팽창밸브(112) 및 증발기(113)가 냉매라인(118)에 냉매 유동 방향으로 순차로 배치되어 이루어진다.
압축기(101)는 냉매를 흡입하여 압축한 후 고온 고압의 기체 상태로 토출한다. 실내열교환기(102)는 공조케이스(114) 내에 구비되며, 압축기(101)에서 토출되는 냉매를 실내열교환기(102)를 통과하는 공기와 열교환시켜 방열시킨다. 제1 팽창밸브(104)는 실내열교환기(102)를 통과한 냉매를 선택적으로 팽창시킨다. 실외열교환기(108)는 제1 팽창밸브(104)를 통과한 냉매를 이를 통과하는 실외공기와 열교환시킨다.
실외열교환기(108) 및 증발기측 팽창밸브(112)는 제1 팽창밸브(104)와 증발기(113) 사이 냉매라인(118)에 순차로 구비된다. 증발기측 팽창밸브(112)는 냉매 유동 방향으로 증발기(113)의 상류에 구비되는 것으로서, 실외열교환기(108)를 통과한 냉매를 팽창시킨다. 증발기(113)는 공조케이스(114) 내에 구비되며, 냉매를 증발기(113)를 통과하는 공기와 열교환시켜 증발시킨다. 아울러, 증발기(113)와 실내열교환기(102)는 공조케이스(110) 내에 공기 유동 방향으로 순차로 설치된다.
공조케이스(114) 내의 공기 유동 방향으로 실내열교환기(102)의 하류측에는 PTC 등의 전열히터(103)가 더 구비된다. 또한, 증발기(113)와 실내열교환기(102)의 사이에는 온풍유로와 냉풍유로 간의 공기 유동량을 제어하여 차량 실내로 토출되는 공기의 온도를 조절하는 템프도어(115)가 구비된다. 압축기(101)의 상류에는 어큐뮬레이터(116)가 구비된다. 즉, 어큐뮬레이터(116)는 증발기(113)와 압축기(101) 사이에 구비되어, 압축기(101)로 유입되는 냉매를 기상과 액상으로 분리한다.
차량용 히트펌프 시스템은 냉매라인(118)과 제습라인(119)과 바이패스라인(123)과 배터리냉각라인(120)을 구비한다. 냉매라인(118)은 압축기(101), 실내열교환기(102), 제1 팽창밸브(104), 실외열교환기(108), 증발기측 팽창밸브(112) 및 증발기(113)로 냉매를 순환시킨다. 제습라인(119)은 제1 팽창밸브(104)의 하류측에서 분기되어 증발기(113)로 냉매를 공급한다.
제습라인(119)에는 냉매의 유동을 제어하는 2방향밸브(2Way valve) 형태의 제1 냉매제어밸브(117)가 구비된다. 바이패스라인(123)은 제1 팽창밸브(104)와 실외열교환기(108) 사이에서 분기되어, 실외열교환기(108) 및 증발기(113)를 바이패스한다. 또한, 바이패스라인(123)의 분기 지점에는 제2 냉매제어밸브(107)가 구비된다.
제2 냉매제어밸브(107)는 바이패스라인(123)과 실외열교환기(108)를 향하는 냉매라인 사이의 개도를 조절한다. 즉, 제2 냉매제어밸브(107)는 3방향(3Way valve) 형태로 이루어져, 냉매를 실외열교환기(108)측으로 흐르게 하거나 실외열교환기(108)를 바이패스하여 바이패스라인(123)측으로 흐르도록 제어한다. 아울러, 바이패스라인(123)으로 흐르는 냉매는 어큐뮬레이터(116)를 지나 압축기(101)로 복귀하여 순환된다.
더욱 상세하게는, 제1 팽창밸브(104)의 하류측 냉매라인(118)에 수냉컨덴서(105) 및 리시버드라이어(106)가 순차로 구비된다. 수냉컨덴서(105)는 냉매라인(118)의 냉매를 후술할 전장품측 냉각수 또는 배터리측 냉각수와 열교환시킨다. 이 경우, 제습라인(119)은 제1 팽창밸브(104)와 수냉컨덴서(105) 사이에서 분기된다. 아울러, 제2 냉매제어밸브(107)는 리시버드라이어(106)와 실외열교환기(108) 사이에서 분기된다.
배터리냉각라인(120)은 실외열교환기(108)와 증발기측 팽창밸브(112) 사이 냉매라인에서 분기되어, 증발기측 팽창밸브(112) 및 증발기(113)를 바이패스하여 압축기(101)에 연결된다. 배터리냉각라인(120)에는 배터리칠러측 팽창밸브(121) 및 배터리칠러(122)가 냉매 유동 방향으로 순차로 구비된다. 배터리칠러측 팽창밸브(121)는 전자식팽창밸브(EXV)로 이루어지며 냉매를 선택적으로 팽창시킨다.
또한, 배터리칠러(122)는 냉매를 배터리측 냉각수와 열교환시킨다. 즉, 배터리칠러(122)는 실외열교환기(108)와 증발기측 팽창밸브(112) 사이의 냉매라인에서 분기되어 구비되며, 배터리(131)를 순환하는 냉각수와 열교환하여 배터리의 폐열을 회수한다. 아울러, 배터리칠러측 팽창밸브(121)는 냉매 유동 방향으로 배터리칠러(122)의 상류에 구비된다.
한편, 차량용 히트펌프 시스템은 전장품냉각수라인과 배터리냉각수라인을 구비한다. 전장품냉각수라인에는 전장품(141)이 연결되며, 전장품(141)을 통과한 전장품냉각수라인의 냉각수는 수냉컨덴서(105)에서 냉매와 열교환된다. 전장품냉각수라인은 제1 라디에이터(110), 리저브탱크(136), 워터펌프(143), 전장품(141), 수냉컨덴서(105)를 통과한다. 전장품냉각수라인에는 냉각수제어밸브(142)가 구비되어 냉각수가 제1 라디에이터(110)를 선택적으로 통과하거나 바이패스한다.
배터리냉각수라인에는 배터리(131)가 연결되며, 배터리(131)를 통과한 배터리냉각수라인의 냉각수는 수냉컨덴서(105)에서 냉매와 열교환되거나 배터리칠러(122)에서 냉매와 열교환된다. 또한, 배터리냉각수라인은 제2 라디에이터(109), 리저브탱크(136), 워터펌프(137), 수냉컨덴서(105)를 통과한다. 아울러, 배터리냉각수라인은 배터리(131), 수가열히터(132), 배터리칠러(122), 워터펌프(134)를 통과한다.
또한, 배터리냉각수라인에는 냉각수의 흐름을 제어하는 냉각수제어밸브(133)가 구비된다. 실외열교환기(108), 제2 라디에이터(109), 제1 라디에이터(110)은 냉매 또는 냉각수를 실외 공기와 열교환시킨다. 제2 라디에이터(109)는 배터리측 저온라디에이터이며, 제1 라디에이터(110)는 전장품측 고온라디에이터이다. 실외열교환기(108), 제2 라디에이터(109), 제1 라디에이터(110)의 일측에는 송풍팬(111)이 구비될 수 있다.
차량용 히트펌프 시스템은 제어부(200)를 구비한다. 제어부(200)는 히트펌프 모드(난방 모드) 시 배터리칠러측 팽창밸브(121)는 개방하여 냉매가 흐르게 하고 증발기측 팽창밸브(112)는 폐쇄하여 냉매의 흐름을 차단하도록 제어한다. 히트펌프 모드 시 증발기(113)측에는 상대적으로 압력이 작아져, 만약 증발기측 팽창밸브(112)를 개방하게 되면 배터리칠러(122)측의 냉매 및 오일 회수가 원활하게 이루어지지 않게 된다.
한편, 배터리칠러(122)는 상하 방향으로 압축기(101)보다 하부에 배치된다. 전술한 바와 같이, 증발기(113)측의 낮은 압력과 배터리칠러(122)가 중력방향으로 압축기(101)보다 낮은 높이에 형성됨에 따라, 배터리칠러(122)측의 냉매 및 오일 회수가 원활하게 이루어지지 않게 된다.
본 발명은 제어부(200)가 히트펌프 모드 시 배터리칠러측 팽창밸브(121)는 개방하여 냉매가 흐르게 하고 증발기측 팽창밸브(112)는 폐쇄하여 냉매의 흐름을 차단하도록 제어함으로써, 히트펌프 모드 시 냉매 및 오일이 더 잘 순환되며 히트펌프 모드 작동 후 압축기(101)측 냉매 및 오일 잔류량이 커져 압축기(101)의 작동 소음을 현저히 줄일 수 있고 압축기(101)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
더욱 상세하게는, 증발기(113)와 배터리칠러(122)는 병렬로 연결되고, 배터리칠러측 팽창밸브(121) 및 배터리칠러(122)는 증발기(113)를 바이패스하는 배터리냉각라인(120)에 구비된다. 아울러, 제어부는 냉매를 상기 제습라인을 통해 증발기로 공급하는 히트펌프및제습 모드 시에도, 배터리칠러측 팽창밸브(121)는 개방하여 냉매가 흐르게 하고 증발기측 팽창밸브(112)는 폐쇄하여 냉매의 흐름을 차단하도록 제어한다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 제어방법은 제어부가 히트펌프 모드 시 배터리칠러측 팽창밸브(121)는 개방하여 냉매가 흐르게 하고 증발기측 팽창밸브(112)는 폐쇄하여 냉매의 흐름을 차단하도록 제어한다. 이러한 제어방법은 히트펌프 모드뿐 아니라 히트펌프및 제습 모드 시 동일하게 수행된다.
도 4를 참조하면, 히트펌프 모드(난방 모드) 시 압축기(101)에서 토출된 냉매는 실내열교환기(102)를 흐르며 실내열교환기(102)를 통과하는 공기와 열교환한다. 템프도어(115)는 온풍유로를 개방하며 공기는 실내열교환기(102)에 의해 가열되어 실내로 토출된다. 실내열교환기(102)를 통과한 냉매는 제1 팽창밸브(104)에 의해 교축되어 팽창된다.
제1 팽창밸브(104)를 통과한 냉매는 제2 냉매제어밸브(107)에 의해 바이패스라인(123)으로 흘러 어큐뮬레이터(116)를 지나 압축기(101)로 복귀하여 순환된다. 이 경우, 증발기측 팽창밸브(112)는 폐쇄되고, 배터리칠러측 팽창밸브(121)는 개방되며, 제1 냉매제어밸브(117)는 폐쇄된다. 한편, 제1 팽창밸브(104)를 지난 냉매는 수냉컨덴서(105)에서 냉각수와 열교환하여 폐열을 회수하며, 증발기측 팽창밸브(112) 및 증발기(113)로는 냉매가 순환되지 않는다.
도 5를 참조하면, 히트펌프및제습 모드(난방 모드 + 제습 모드) 시 압축기(101)에서 토출된 냉매는 실내열교환기(102)를 흐르며 실내열교환기(102)를 통과하는 공기와 열교환한다. 템프도어(115)는 온풍유로를 개방하며 공기는 실내열교환기(102)에 의해 가열되어 실내로 토출된다. 실내열교환기(102)를 통과한 냉매는 제1 팽창밸브(104)에 의해 교축되어 팽창된다.
제1 팽창밸브(104)를 통과한 냉매 중 일부는 제2 냉매제어밸브(107)에 의해 바이패스라인(123)으로 흘러 어큐뮬레이터(116)를 지나 압축기(101)로 복귀하여 순환된다. 이 경우, 증발기측 팽창밸브(112)는 폐쇄되고, 배터리칠러측 팽창밸브(121)는 개방되며, 제1 냉매제어밸브(117)는 개방된다. 아울러, 제1 팽창밸브(104)를 지난 냉매는 수냉컨덴서(105)에서 냉각수와 열교환하여 폐열을 회수하며, 증발기측 팽창밸브(112) 및 증발기(113)로는 냉매가 순환되지 않는다.
한편, 제1 팽창밸브(104)를 통과한 냉매 중 다른 일부는 제1 냉매제어밸브(117)의 개방에 의해 제습라인(119)으로 흘러 증발기(113)를 통과한다. 증발기(113)를 흐르는 냉매는 증발기(113)를 통과하는 공기와 열교환하여 차량 실내로 토출되는 공기의 제습이 수행된다. 이 경우, 제2 냉매제어밸브(107)는 일부 폐쇄되어 제습라인(119)으로의 냉매 유동량을 증가시킬 수 있다.
도 6을 참조하면, 에어컨 모드(냉방 모드) 시 압축기(101)에서 토출된 냉매는 공기와 열교환하지 않고 실내열교환기(102)를 그대로 통과한 후 제1 팽창밸브(104) 측으로 흐른다. 템프도어(115)는 온풍유로를 폐쇄하며, 증발기(113)를 통과하며 냉각된 공기는 실내열교환기(102)를 바이패스하여 냉풍유로를 통해 차량 실내로 토출된다.
제1 팽창밸브(104)를 통과한 냉매는 제2 냉매제어밸브(107)에 의해 실외열교환기(108)로 흘러 실외 공기와 열교환한 후 증발기측 팽창밸브(112)에서 교축되어 팽창되고 증발기(113)를 지나 공기와 열교환하여 증발된 후 압축기(101)로 복귀하여 순환된다. 이 경우, 배터리칠러측 팽창밸브(121)는 폐쇄되며, 제1 냉매제어밸브(117)는 폐쇄된다. 제어부는 제1 냉매제어밸브(117)의 폐쇄시 지연없이 즉시 폐쇄하여 제1 팽창밸브(104)의 위치이동에 따른 냉매 소음을 방지한다.
이와 같이, 제어부는 히트펌프 모드 시 배터리칠러측 팽창밸브는 개방하여 냉매가 흐르게 하고 증발기측 팽창밸브는 폐쇄하여 냉매의 흐름을 차단하도록 제어함으로써, 차실내 난방에 영향을 미치지 않으면서 최대한 오일회수를 수행할 수 있다. 아울러, 제어부는 히트펌프 모드 시 냉매가 실외열교환기를 바이패스하도록 하여, 히트펌프 모드 시 실외열교환기로 냉매가 유동하지 않으나 배터리칠러의 팽창밸브(제3 팽창밸브)를 개방하면 파이프(냉매라인)에 남아있던 냉매가 압축기로 흡입되어 오일을 원활히 회수할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템 및 이의 제어방법은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
101: 압축기 102: 실내열교환기
103: 전열히터 104: 제1 팽창밸브
105: 수냉컨덴서 107: 제2 냉매제어밸브
108: 실외열교환기 112: 제2 팽창밸브
113: 증발기 114: 공조케이스
115: 템프도어 116: 어큐뮬레이터
117: 제1 냉매제어밸브 121: 제3 팽창밸브
122: 배터리칠러 131: 배터리
141: 전장품 200: 제어부

Claims (8)

  1. 냉매를 압축하여 토출하는 압축기와, 공조케이스 내에 구비되고 압축기에서 토출된 냉매를 공기와 열교환시켜 방열시키는 실내열교환기와, 상기 실내열교환기를 통과한 냉매를 선택적으로 팽창시키는 제1 팽창밸브와, 상기 제1 팽창밸브를 통과한 냉매를 실외 공기와 열교환시키는 실외열교환기 및 공조케이스 내에 구비되어 상기 실외열교환기를 통과한 냉매를 공기와 열교환시켜 증발시키는 증발기를 포함하는 차량용 히트펌프 시스템에 있어서,
    냉매 유동 방향으로 증발기의 상류에 구비되는 증발기측 팽창밸브;
    상기 실외열교환기와 증발기측 팽창밸브 사이의 냉매라인에서 분기되어 구비되며 배터리를 순환하는 냉각수와 열교환하는 배터리칠러; 및
    냉매 유동 방향으로 배터리칠러의 상류에 구비되는 배터리칠러측 팽창밸브를 구비하며,
    히트펌프 모드 시 복수의 팽창밸브 중 하나의 팽창밸브는 개방하고 나머지 팽창밸브는 차단하도록 제어하는 제어부를 구비하는 차량용 히트펌프 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 히트펌프 모드 시 배터리칠러측 팽창밸브는 개방하여 냉매가 흐르게 하고 증발기측 팽창밸브는 폐쇄하여 냉매의 흐름을 차단하도록 제어하는 차량용 히트펌프 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 증발기와 배터리칠러는 병렬로 연결되고, 상기 배터리칠러측 팽창밸브 및 배터리칠러는 증발기를 바이패스하는 배터리냉각라인에 구비되는 차량용 히트펌프 시스템.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 팽창밸브의 하류측에서 분기되어 증발기로 냉매를 공급하는 제습라인; 및
    상기 제습라인에 구비되는 제1 냉매제어밸브를 포함하며,
    상기 제어부는 냉매를 상기 제습라인을 통해 증발기로 공급하는 히트펌프및제습 모드 시 배터리칠러측 팽창밸브는 개방하여 냉매가 흐르게 하고 증발기측 팽창밸브는 폐쇄하여 냉매의 흐름을 차단하도록 제어하는 차량용 히트펌프 시스템.
  5. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리칠러는 상하 방향으로 압축기보다 하부에 배치되는 차량용 히트펌프 시스템.
  6. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 팽창밸브와 실외열교환기 사이에서 분기되어 실외열교환기 및 증발기를 바이패스하는 바이패스라인 및 상기 바이패스라인과 실외열교환기를 향하는 냉매라인 사이의 개도를 조절하는 제2 냉매제어밸브를 더 구비하는 차량용 히트펌프 시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제어부는, 히트펌프 모드 시 제2 냉매제어밸브를 제어하여 냉매가 실외열교환기를 바이패스하도록 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  8. 냉매를 압축하여 토출하는 압축기와, 공조케이스 내에 구비되고 압축기에서 토출된 냉매를 공기와 열교환시켜 방열시키는 실내열교환기와, 상기 실내열교환기를 통과한 냉매를 선택적으로 팽창시키는 제1 팽창밸브와, 상기 제1 팽창밸브를 통과한 냉매를 실외 공기와 열교환시키는 실외열교환기 및 공조케이스 내에 구비되어 상기 실외열교환기를 통과한 냉매를 공기와 열교환시켜 증발시키는 증발기와, 냉매 유동 방향으로 증발기의 상류에 구비되는 증발기측 팽창밸브와, 상기 실외열교환기와 증발기측 팽창밸브 사이의 냉매라인에서 분기되어 구비되며 배터리를 순환하는 냉각수와 열교환하는 배터리칠러와, 냉매 유동 방향으로 배터리칠러의 상류에 구비되는 배터리칠러측 팽창밸브를 포함하는 차량용 히트펌프 시스템의 제어방법으로서,
    히트펌프 모드 시 배터리칠러측 팽창밸브는 개방하여 냉매가 흐르게 하고 증발기측 팽창밸브는 폐쇄하여 냉매의 흐름을 차단하도록 제어하는 차량용 히트펌프 시스템의 제어방법.
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