WO2018155871A1 - 차량용 히트펌프 시스템 - Google Patents

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WO2018155871A1
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coolant
cooling water
heat pump
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이승호
이재민
윤서준
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한온시스템 주식회사
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    • F25B2400/0401—Refrigeration circuit bypassing means for the compressor

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle heat pump system, and more particularly, to a vehicle heat pump system capable of selectively performing cooling and heating by changing the flow direction of the refrigerant using one refrigerant cycle.
  • a vehicle air conditioner in general, includes a cooling system for cooling the interior of a vehicle, and a heating system for heating the interior of the vehicle.
  • the cooling system heats the air passing through the outside of the evaporator on the evaporator side of the refrigerant cycle with the refrigerant flowing inside the evaporator to cool the vehicle to cool the interior of the vehicle.
  • the heating system heats the vehicle interior by converting the air passing through the outside of the heater core from the heater core side of the cooling water cycle into a warmer by heat exchange with the cooling water flowing inside the heater core.
  • the heat pump system includes an indoor heat exchanger installed inside the air conditioning case for heat exchange with air blown into the vehicle interior, an outdoor heat exchanger for exchanging heat outside the air conditioning case, and a direction control valve for changing the flow direction of the refrigerant. Equipped. According to the flow direction of the refrigerant by the direction control valve, the indoor heat exchanger performs the function of the cooling heat exchanger when the cooling mode is activated, and the indoor heat exchanger performs the function of the heating heat exchanger when the heating mode is activated. .
  • engine waste heat cooling water
  • the air conditioner can be used in the same manner as the existing vehicle when heated.
  • the electric motor driven condition in the low ambient temperature condition (about 0 °C or less), the remaining heat of the engine coolant is insufficient, so that the engine can be driven by the electric motor when the engine coolant reaches a certain temperature. The engine is forced to operate to reduce the fuel economy of the hybrid vehicle.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2014-0126846 (2014.11.03), which has been previously applied, discloses a vehicle heat pump system used for cooling and heating by using an evaporator in an air conditioning case in common in an air conditioner mode and a heat pump mode.
  • 1 illustrates an air conditioner mode of a conventional vehicle heat pump system
  • FIG. 2 illustrates a heat pump mode of a conventional vehicle heat pump system.
  • the conventional vehicle heat pump system is preferably applied to a hybrid vehicle, the compressor 100, the evaporator 110, the outdoor heat exchanger 130, the expansion means ( 120, a chiller 140, a first refrigerant circulation line R1, and a second refrigerant circulation line R2.
  • the first refrigerant circulation line R1 constitutes a refrigerant line such that the refrigerant discharged from the compressor 100 circulates in the outdoor heat exchanger 130, the expansion means 120, the evaporator 110, and the compressor 100 in the air conditioner mode. do.
  • the second refrigerant circulation line R2 constitutes a refrigerant line such that the refrigerant discharged from the compressor 100 in the heat pump mode circulates through the evaporator 110, the expansion means 120, the chiller 140, and the compressor 100. .
  • the first refrigerant circulation line R1 and the second refrigerant circulation line R2 are configured to share some sections in common. That is, some sections of the first refrigerant circulation line (R1) and the second refrigerant circulation line (R2) are integrally formed and used in common, and common sections (a, 1) of the first and second refrigerant circulation lines (R1, R2) are used.
  • b) is a section (a) to which the compressor 100 is connected, and a section (b) to which the evaporator 110 and the expansion means 120 are connected.
  • the outdoor heat exchanger 130 is provided in the first refrigerant circulation line R1, and the chiller 140 is provided in the second refrigerant circulation line R2.
  • the compressor 100 sucks the refrigerant, compresses the refrigerant, and discharges the gas in a high temperature and high pressure gas state.
  • the evaporator 110 is installed inside the air conditioning case 150 to exchange heat between the air flowing in the air conditioning case 150 and the refrigerant.
  • the evaporator 110 serves as a cooling function by acting as the original evaporator 110 in the air conditioner mode, and performs a heating role by acting as a condenser in the heat pump mode.
  • the outdoor heat exchanger 130 is installed outside the air conditioning case 150 to heat exchange the outside air with the refrigerant.
  • the expansion means 120 is disposed between the evaporator 110 and the outdoor heat exchanger 130 to expand the refrigerant.
  • Inside the air conditioning case 150 is provided with a heater core 160 connected through the vehicle engine 161 and the cooling water circulation line (W).
  • the cooling water circulation line (W) is provided with a water pump 162 for circulating the cooling water of the engine 161 to the heater core 160 side.
  • a temperature control door 151 is provided between the evaporator 110 and the heater core 160 to adjust the amount of air bypassing the heater core 160 and the amount of air passing therethrough.
  • the inlet-side second refrigerant circulation line R2 of the chiller 140 is provided with an on-off valve 183 which is closed in the air conditioner mode and opened in the heat pump mode.
  • an accumulator 170 is provided that separates the liquid refrigerant and the gaseous refrigerant from the refrigerant flowing into the compressor 100 and supplies only the gaseous refrigerant.
  • the refrigerant discharged from the compressor 100 according to the air conditioner mode or the heat pump mode is the first refrigerant circulation line R1.
  • a first direction switching valve 181 is provided to change the refrigerant flow direction to flow toward the second refrigerant circulation line R2.
  • first and second refrigerant circulation lines R1 at one side of the evaporator 110 at a position connecting the section a to which the compressor 100 is connected and the section b to which the evaporator 110 and the expansion means 120 are connected.
  • R2 is branched
  • the refrigerant flow direction is changed so that the refrigerant discharged from the evaporator 110 flows along the first refrigerant circulation line R1 to the compressor 100 in the air conditioner mode, and the compressor in the heat pump mode.
  • the second direction switching valve 182 of the bidirectional three-way valve structure is provided to change the refrigerant flow direction so that the refrigerant discharged from the 100 and flowing through the second refrigerant circulation line R2 flows toward the evaporator 110.
  • a first refrigerant circulation line is controlled by a control of a first direction switching valve 181, a second direction switching valve 182, and an on-off valve 183.
  • the refrigerant circulates along R1.
  • the water pump 162 is stopped and the coolant does not circulate to the heater core 160 and the chiller 140.
  • the high temperature and high pressure gaseous refrigerant discharged after being compressed by the compressor 100 is supplied to the outdoor heat exchanger 130 via the first direction switching valve 181.
  • the refrigerant supplied to the outdoor heat exchanger 130 is condensed by heat exchange with the outside air, and the gaseous refrigerant is changed into a liquid refrigerant.
  • the refrigerant passing through the outdoor heat exchanger 130 is expanded under reduced pressure in the course of passing through the expansion means 120 to become a liquid refrigerant of low temperature and low pressure, and then flows into the evaporator 110.
  • the refrigerant introduced into the evaporator 110 exchanges heat with the air blown into the air conditioning case 150 through a blower to evaporate and simultaneously cools the air by the endothermic action of the evaporative latent heat of the refrigerant. It is supplied to the room for cooling. Thereafter, the refrigerant discharged from the evaporator 110 is introduced into the compressor 100 through the second direction switching valve 182 and repeats the cycle as described above.
  • the second refrigerant in the heat pump mode in the engine OFF state, the second refrigerant circulates under the control of the first direction switching valve 181, the second direction switching valve 182, and the on / off valve 183.
  • the refrigerant circulates along line R2.
  • the coolant does not circulate toward the heater core 160 and the chiller 140, but when the water pump 162 is operated, the coolant may be circulated.
  • the remaining heat remaining in the engine 161 cooling water is used as a heating heat source.
  • the temperature control door 151 in the air conditioning case 150 at the time of maximum heating operates to close the passage bypassing the heater core 160, so that the air blown into the air conditioning case 150 by the blower is evaporator 110 ( While passing through the heating role, the inside of the car is heated by being switched to warm air and supplied to the car.
  • the high temperature and high pressure gaseous refrigerant discharged after being compressed by the compressor 100 is supplied to the evaporator 110 through the first direction switching valve 181 and the second direction switching valve 182.
  • the high-temperature, high-pressure gaseous refrigerant supplied to the evaporator 110 is condensed by heat exchange with the air flowing in the air conditioning case 150, and simultaneously heats the air.
  • the heated air is supplied to the vehicle interior and heated.
  • the refrigerant passing through the evaporator 110 is expanded under reduced pressure in the course of passing through the expansion means 120 to become a liquid refrigerant of low temperature and low pressure, and then flows into the chiller 140.
  • the refrigerant introduced into the chiller 140 is evaporated while exchanging heat with the engine 161 cooling water (engine waste heat). Thereafter, the refrigerant discharged from the evaporator 110 is repeated into the compressor 100 while flowing into the compressor 100.
  • the conventional vehicle heat pump system has an indoor heating effect by recovering an engine cooling water heat source, and heats the refrigerant heat in an evaporator and uses it as heating heat.
  • the waste heat of the engine is recovered through the chiller and used as refrigerant vaporization energy.
  • the heater core as the heat generating portion and the chiller as the heat absorbing portion are configured in one loop.
  • the conventional vehicle heat pump system when the heat pump is operated, the temperature of the coolant is changed drastically, and a condition in which warm air passing through the evaporator heats the coolant flowing through the heater core according to the coolant temperature.
  • the conventional vehicle heat pump system requires a separate high-pressure evaporator, there is a problem in that separate management is required for production and production cost increases.
  • the conventional vehicle heat pump system has a long loop of the high temperature cooling water line, resulting in a large amount of energy lost to the outside as heat loss occurs in the cooling water hose, and an increase in the pressure head makes it difficult to secure a sufficient flow rate, thereby degrading heating performance. There was a possibility.
  • the conventional vehicle heat pump system has a disadvantage in that it is not possible to simultaneously perform dehumidification in a heating cycle of approximately 0 ° C to 10 ° C. That is, there is a problem in that the air conditioning consumption power is increased as the heating must be performed using a high voltage PTC heater while driving a cooling cycle.
  • the heat generating part and the heat absorbing part may be separated and used independently of the engine waste heat as a heat source, and the high temperature cooling water loop may be separated separately.
  • a vehicle heat pump system with a reduced roof length is provided.
  • the present invention provides a vehicle heat pump system capable of simultaneously performing a dehumidification effect by flowing the refrigerant of low temperature and low pressure to the indoor heat exchanger side while performing cooling water heating using the heat of heat condenser.
  • Vehicle heat pump system comprises a compressor for compressing and discharging the refrigerant; An evaporator provided inside the air conditioning case to exchange heat between the air and the refrigerant; An outdoor heat exchanger installed outside the air conditioning case to exchange heat between the outside air and the refrigerant; A heater core provided inside the air conditioning case to exchange heat between the air and the cooling water; First expansion means provided between the evaporator and the outdoor heat exchanger to expand a refrigerant; A chiller to heat exchange the waste heat of the vehicle with the refrigerant; A first coolant line which connects the engine of the vehicle and the chiller and makes the coolant smooth; A second coolant line connected to the first coolant line and selectively passing through or bypassing the first coolant line and circulating the heater core; A water cooling condenser provided in a second cooling water line upstream of the heater core in a flow direction of the cooling water, and configured to exchange heat between the refrigerant discharged from the compressor and the cooling water flowing through the second cooling water line; A
  • the second refrigerant circulation line is provided with a second expansion means between the water-cooled capacitor and the chiller.
  • the compressor In the heating and cooling water mode, the compressor is stopped and the second cooling water line is connected to the first cooling water line so that the cooling water circulates in the water cooling condenser, the heater core, the chiller, the engine, and the water cooling condenser.
  • the refrigerant discharged from the compressor circulates through the water-cooled capacitor, chiller and compressor, and the second cooling water line bypasses the first cooling water line so that the cooling water is cooled by the water-cooled capacitor, heater core, and water-cooled capacitor. Cooling of the first coolant line circulates the engine, chiller, and the engine independently of the second coolant line.
  • the cooling water temperature sensing means for detecting the temperature of the cooling water the cooling water temperature is lower than the reference temperature to perform the heating heat pump mode, if the cooling water temperature is higher than the reference temperature to perform the heating coolant mode do.
  • the second cooling water line is provided with a heating means for heating the cooling water.
  • the first cooling water line is provided with a first water pump for circulating the cooling water
  • the second cooling water line is provided with a second water pump for circulating the cooling water
  • the refrigerant flows so that the refrigerant discharged from the compressor flows to the first refrigerant circulation line or the second refrigerant circulation line in the cooling mode or the heating mode.
  • a first direction switching valve is provided for switching directions.
  • a third cooling water line branched from the second cooling water line upstream of the water-cooled capacitor and connected to the second cooling water line downstream of the heater core.
  • the second direction switching valve provided at the connection point of the second cooling water line and the third cooling water line upstream of the water-cooled capacitor and the connection point of the second cooling water line and the third cooling water line downstream of the heater core. And a third direction diverting valve.
  • the cooling water passing through the heater core circulates through the third cooling water line by the third direction switching valve, the water cooling capacitor and the heater core by the second direction switching valve.
  • the cooling water passing through the engine bypasses the third cooling water line by the second direction switching valve, passes through the water cooling capacitor and the heater core, and is chilled by the third direction switching valve. , Circulate the engine.
  • the compressor for compressing the refrigerant discharged;
  • An indoor heat exchanger provided inside the air conditioning case to exchange heat between the air and the refrigerant;
  • An outdoor heat exchanger installed outside the air conditioning case to exchange heat between the outside air and the refrigerant;
  • First expansion means provided between the indoor heat exchanger and the outdoor heat exchanger to expand a refrigerant;
  • a first refrigerant circulation line configured to connect a refrigerant line to circulate the refrigerant discharged from the compressor to the outdoor heat exchanger, the first expansion means, the indoor heat exchanger, and the compressor;
  • a second refrigerant circulation line configured to connect a refrigerant line to circulate the refrigerant discharged from the compressor to the water-cooled capacitor, the chiller, and the compressor, wherein a portion of the refrigerant of the second refrigerant circulation line branches to the first refrigerant circulation line.
  • it comprises a second expansion means provided in the second refrigerant circulation line between the water-cooled capacitor and the chiller to expand the refrigerant, branched from the second refrigerant circulation line downstream of the second expansion means flows to the chiller side A refrigerant branch line for flowing at least a portion of the refrigerant to the indoor heat exchanger side.
  • the refrigerant branch line connects the front line of the refrigerant line and the indoor heat exchanger between the second expansion means and the compressor.
  • the refrigerant branch line is branched between the second expansion means and the chiller, and is connected to the first refrigerant circulation line between the first expansion means and the indoor heat exchanger.
  • the refrigerant branch line is connected in an upward direction from the second refrigerant circulation line.
  • a part of the refrigerant discharged from the compressor and flowing through the water-cooled capacitor and the second expansion means to the chiller selectively flows to the refrigerant branch line and passes through the indoor heat exchanger.
  • the vehicle heat pump system according to the present invention can be used in common for both electric vehicles and internal combustion engine vehicles, and by separating the heater core, which is a heat generating unit, and the chiller, which is an endothermic unit, into different cooling water lines, the engine waste heat is independently used as a heat source. It can be used and the cooling water can be controlled stably.
  • Figure 2 shows the heat pump mode of a conventional vehicle heat pump system
  • FIG. 3 illustrates a vehicle heat pump system according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 illustrates a cooling mode of a vehicle heat pump system according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 illustrates a heating heat pump mode of a vehicle heat pump system according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 6 illustrates a heating coolant mode of a vehicle heat pump system according to a first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 illustrates a vehicle heat pump system according to a second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8 illustrates a heating heat pump mode of a vehicle heat pump system according to a second embodiment of the present invention
  • FIG 9 illustrates a heating coolant mode of a vehicle heat pump system according to a second exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 illustrates a vehicle heat pump system according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view illustrating a refrigerant branch line of a vehicle heat pump system according to a third exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 illustrates a cooling mode of a vehicle heat pump system according to a third exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 illustrates a heating heat pump mode of a vehicle heat pump system according to a third exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 illustrates a heating heat pump mode and a dehumidification mode of a vehicle heat pump system according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG 3 shows a vehicle heat pump system according to a first embodiment of the present invention.
  • the vehicle heat pump system includes a first coolant line 704 for circulating the coolant by connecting the vehicle driving unit and the chiller 740, and a heater core 760 provided inside the air conditioning case 750 to be used for heating the vehicle interior. And a valve provided between the second cooling water line and the first cooling water line 704 and the second cooling water line through which the water cooling condenser 800 is circulated.
  • the first coolant line 704 and the second coolant line operate separately, and when the valve is arranged in the second manner, the first coolant line 704 and the second coolant line are Are connected in series.
  • a refrigerant line for in-vehicle air conditioning of the compressor 700, the outdoor heat exchanger 730, the first expansion means 720, and the evaporator 710 is configured, and the chiller 740 of the first cooling water line 704.
  • the water-cooled capacitor 800 of the second cooling water line exchanges heat with the refrigerant line.
  • the chiller 740 exchanges heat with the refrigerant before the compressor 700 is introduced, and the water-cooled capacitor 800 exchanges heat with the refrigerant discharged from the compressor 700.
  • the vehicle heat pump system according to the first embodiment of the present invention is applied to a hybrid vehicle, the compressor 700, the evaporator 710, the outdoor heat exchanger ( 730, the heater core 760, the first expansion means 720, the chiller 740, the first coolant line 704, the second coolant line, the water-cooled condenser 800, and the first It comprises a refrigerant circulation line 701 and the second refrigerant circulation line 702.
  • the compressor 700 sucks the refrigerant, compresses the refrigerant, and discharges the gas in a high temperature and high pressure gas state.
  • the evaporator 710 is provided inside the air conditioning case 750 to exchange heat between the air flowing in the air conditioning case 750 and the refrigerant.
  • the outdoor heat exchanger 730 is provided outside the air conditioning case 750 to heat exchange the outside air with the refrigerant.
  • the heater core 760 is provided inside the air conditioning case 750 to exchange heat between the air flowing in the air conditioning case 750 and the cooling water.
  • the first expansion means 720 is disposed between the evaporator 710 and the outdoor heat exchanger 730 to expand the refrigerant.
  • a temperature control door 751 is provided between the evaporator 710 and the heater core 760 to adjust the amount of air bypassing the heater core 760 and the amount of air passing therethrough. do.
  • the chiller 740 heat-exchanges the waste heat and the refrigerant of the vehicle.
  • An accumulator 770 is provided at the inlet side of the compressor 700 to separate the liquid refrigerant and the gaseous refrigerant from the refrigerant flowing into the compressor 700 and to supply only the gaseous refrigerant.
  • the first coolant line 704 is a passage connecting the engine 761 and the chiller 740 of the vehicle to circulate the coolant.
  • the second coolant lines 703 and 705 are shown by reference numerals 703 and 705 for convenience of description, but substantially 703 and 705 are one line, and the upstream line of the four-way valve 706, which will be described later, is indicated by 703.
  • the downstream line is only divided into 705.
  • the second coolant lines 703 and 705 are connected to the first coolant line 704 to selectively pass or bypass the first coolant line 704, and circulate through the heater core 760.
  • the water-cooled capacitor 800 is provided in the second cooling water line upstream of the heater core 760 in the flow direction of the cooling water.
  • the water-cooled capacitor 800 heat-exchanges the refrigerant discharged from the compressor 700 and the cooling water flowing in the second cooling water line.
  • the first refrigerant circulation line 701 cools the refrigerant discharged from the compressor 700 to circulate the outdoor heat exchanger 730, the first expansion means 720, the evaporator 710, and the compressor 700. Configure the connection line.
  • the second refrigerant circulation line 702 connects the refrigerant lines so that the refrigerant discharged from the compressor 700 circulates through the water-cooled capacitor 800, the chiller 740, and the compressor 700 in the heating heat pump mode.
  • the first direction switching valve 781 is provided at the branch point of the first and second refrigerant circulation lines 701 and 702 at the outlet side of the compressor 700.
  • the first diverter valve 781 switches the refrigerant flow direction such that the refrigerant discharged from the compressor 700 flows toward the first refrigerant circulation line 701 or the second refrigerant circulation line 702 according to the cooling mode or the heating mode. do.
  • the first direction switching valve 781 is preferably composed of a three-way valve.
  • a four-way valve 706 is provided at the connection point between the first coolant line 704 and the second coolant line 703 and 705.
  • the four-way valve 706 connects the first cooling water line 704 and the second cooling water lines 703 and 705.
  • the coolant passing through the heater core 760 according to the operation of the four-way valve 706 is chiller 740.
  • the second outdoor heat exchanger 735 is preferably connected to the engine 761 through a separate cooling line 736.
  • the second refrigerant circulation line 702 is provided with a second expansion means 721 between the water-cooled capacitor 800 and the chiller 740.
  • the first expansion means 720 is formed of an expansion valve driven mechanically or electronically, and the second expansion means 721 is made of a unidirectional orifice.
  • the second cooling water lines 703 and 705 are provided with heating means 810 for heating the cooling water.
  • the heating means 810 may be composed of a PTC heater, it is preferably provided between the water-cooled capacitor 800 and the heater core 760.
  • the first cooling water line 704 is provided with a first water pump 707 for circulating the cooling water
  • the second cooling water line is provided with a second water pump 708 for circulating the cooling water.
  • the compressor 700 In the heating coolant mode, the compressor 700 is stopped and the second coolant line is connected to the first coolant line 704 such that the coolant is water-cooled condenser 800, the heater core 760, the chiller 740, and the engine ( 761), the water-cooled capacitor 800 is circulated.
  • the refrigerant discharged from the compressor 700 circulates through the water-cooled capacitor 800, the chiller 740, and the compressor 700, and the second cooling water line bypasses the first cooling water line 704.
  • Cooling water circulates through the water-cooled capacitor 800, the heater core 760, and the water-cooled capacitor 800.
  • the coolant of the first coolant line 704 circulates the engine 761, the chiller 740, and the engine 761 independently of the second coolant line.
  • the vehicle heat pump system is provided with a coolant temperature sensing means for detecting the temperature of the coolant.
  • the control unit of the vehicle heat pump system performs the heating heat pump mode when the detected coolant temperature is lower than the reference temperature, and performs the heating coolant mode when the detected coolant temperature is higher than the reference temperature.
  • FIG. 4 illustrates a cooling mode of a vehicle heat pump system according to a first embodiment of the present invention.
  • the refrigerant in the cooling mode, is circulated along the first refrigerant circulation line 701 by the control of the first direction switching valve 781.
  • the temperature control door 751 in the air conditioning case 750 at maximum cooling operates to close the passage through the heater core 760 so that air blown into the air conditioning case 750 by the blower passes through the evaporator 710. While being cooled while the heater core 760 is bypassed and supplied to the interior of the vehicle, the interior of the vehicle is cooled.
  • the high temperature and high pressure gaseous refrigerant discharged after being compressed by the compressor 700 is supplied to the outdoor heat exchanger 730 through the first direction switching valve 781.
  • the refrigerant supplied to the outdoor heat exchanger 730 is condensed by heat exchange with the outside air, and the gaseous refrigerant is changed into a liquid refrigerant.
  • the refrigerant passing through the outdoor heat exchanger 730 is expanded under reduced pressure in the course of passing through the first expansion means 720 to become a liquid refrigerant of low temperature and low pressure, and then flows into the evaporator 710.
  • the refrigerant introduced into the evaporator 710 exchanges heat with the air blown into the air conditioning case 750 through a blower to evaporate and simultaneously cools the air by an endothermic action by the latent heat of evaporation of the refrigerant. It is supplied to the room for cooling. Thereafter, the refrigerant discharged from the evaporator 710 is introduced into the compressor 700 via the accumulator 770 and repeats the cycle as described above.
  • the coolant passing through the engine 761 passes through the water-cooled capacitor 800, the heating means 810, the heater core 760, and passes the chiller 740 by the four-way valve 706 to the engine 761.
  • FIG. 5 illustrates a heating heat pump mode of a vehicle heat pump system according to a first embodiment of the present invention.
  • the refrigerant is circulated along the second refrigerant circulation line 702 by the control of the first direction switching valve 781.
  • the temperature control door 751 in the air conditioning case 750 at maximum heating operates to close a passage bypassing the heater core 760, so that air blown into the air conditioning case 750 by the blower is heated by the heater core 760. While passing through the hot air is supplied to the interior of the vehicle interior is heated.
  • the high temperature and high pressure gaseous refrigerant discharged after being compressed by the compressor 700 heats the cooling water passing through the water-cooled capacitor 800 while passing through the water-cooled capacitor 800 via the first direction switching valve 781.
  • the refrigerant condensed in the water-cooled condenser 800 is circulated back to the compressor 700 after recovering the engine waste heat through the chiller 740 after expanding the second expansion means 721 past.
  • the cooling water heated in the water-cooled condenser 800 performs room heating by heat-exchanging with air through the heater core 760. That is, the coolant passing through the water-cooled condenser 800 passes through the heater core 760 along the second coolant line 703 and 705, bypasses the chiller 740 and the engine 761 by the four-way valve 706, and then cools the water again. Circulated to capacitor 800. Meanwhile, the cold water flowing through the first cooling water line 704 circulates through the engine 761, the chiller 740, and the engine 761.
  • the heater core 760 of the second cooling water line acts as a heat generating portion
  • the chiller 740 of the first cooling water line acts as an endothermic portion.
  • FIG. 6 illustrates a heating coolant mode of a vehicle heat pump system according to a first exemplary embodiment of the present invention.
  • the vehicle heat pump system can be used in common with the internal combustion engine when applying hybrid, and the engine waste heat is used only as a heat source by separating the heater core and the endothermic chiller into different cooling water lines. This is possible.
  • the cooling water can be stably controlled through a separate PTC heater (heating means).
  • the conventional heat pump system uses the engine waste heat of the vehicle as a heat source for heating heat and the low temperature of the heat pump at the same time to operate the heat pump, the temperature of the coolant changes rapidly and the warm air passing through the evaporator according to the coolant temperature is the heater core The conditions for heating the cooling water flowing through may occur.
  • heating through the evaporator is required for a separate high pressure evaporator is required for management separately.
  • Heat pump system by using a four-way valve to separate the cooling water loop (first cooling water line) and the heat pump cooling water loop (second cooling water line) for the heat pump to effectively use the waste heat of the engine Can be.
  • Temperature control of stable cooling water is possible through water-cooled condenser and PTC heater (heating means), and common use of evaporator and heater core of existing internal combustion engine enables common use of air conditioning equipment without additional management.
  • Figure 7 shows a vehicle heat pump system according to a second embodiment of the present invention
  • Figure 8 shows a heating heat pump mode of the vehicle heat pump system according to a second embodiment of the present invention
  • Figure 9 illustrates a heating coolant mode of a vehicle heat pump system according to a second exemplary embodiment of the present invention.
  • the vehicle heat pump system according to the second embodiment of the present invention has a third cooling water line 850, a second direction switching valve 820 and A third direction switching valve 830 is further provided.
  • a description overlapping with the above-described embodiment will be omitted.
  • the third cooling water line 850 is branched from the second cooling water line upstream of the water cooling condenser 800 and connected to the second cooling water line downstream of the heater core 760.
  • the second diverter valve 820 is provided at a connection point between the second coolant line and the third coolant line 850 on an upstream side of the water cooling capacitor 800.
  • the third diverter valve 830 is provided at a connection point between the second coolant line and the third coolant line 850 on the downstream side of the heater core 760.
  • the second direction switching valve 820 and the third direction switching valve 830 is preferably composed of a three-way valve.
  • the first cooling water line 704 is provided with a first water pump 707 for circulating the cooling water
  • the third cooling water line 850 is provided with a second water pump 840 for circulating the cooling water.
  • the heating heat pump mode is performed. As shown in FIG. 8, in the heating heat pump mode, the flow of the coolant and the flow of the coolant in the first coolant line are the same as in the above-described embodiment. Looking at the flow of the second cooling water line, the cooling water passing through the heater core 760 is passed through the third cooling water line 850 by the third direction switching valve 830, the water cooling condenser by the second direction switching valve 820. 800, the heater core 760 is circulated.
  • the heating coolant mode is performed.
  • the flow of the refrigerant and the coolant is the same as the above-described embodiment. That is, the coolant passing through the engine 761 bypasses the third coolant line 850 by the second diverter valve 820 to pass the water-cooled capacitor 800 and the heater core 760, and then turns to the third direction.
  • the valve 830 circulates the chiller 740 and the engine 761.
  • two cooling water loops are provided to provide a water cooling condenser 800 and a heating means ( 810 constitutes a separate loop passing only.
  • a separate loop that passes only the chiller and the engine is configured.
  • the high temperature coolant loop when operating as a heat pump system using a coolant heat source, the high temperature coolant loop can be separated into a separate loop to reduce the overall length of the loop. As a result, it is possible to reduce the energy lost to the outside and to increase the flow rate of the cooling water that can flow at the same power, thereby increasing the heating performance.
  • a conventional heat pump system having a hydrothermal condenser has a large amount of energy lost to the outside and a high pressure head because the high temperature coolant loop must circulate to the coolant loop used when the engine heat is used when the heat pump system using the engine waste heat is operated. It was difficult to achieve high flow rates because it was formed high.
  • the heat pump system according to the second embodiment of the present invention minimizes energy loss to the outside by separately configuring a high temperature coolant loop passing only through a water cooling capacitor, a PTC heater (heating means), and a heater core, and shortens the length of the coolant line. It has the effect of increasing the flow rate by reducing the pressure head.
  • Figure 10 shows a vehicle heat pump system according to a third embodiment of the present invention.
  • Vehicle heat pump system according to a third embodiment of the present invention is applied to a hybrid vehicle, the compressor 700, the indoor heat exchanger 710, the outdoor heat exchanger 730, the heater core 760, First expansion means 720, chiller 740, the first coolant line 704, the second coolant line, the water-cooled condenser 800, the first refrigerant circulation line 701 and the second refrigerant circulation Line 702.
  • the evaporator 710 is described as an indoor heat exchanger 710 by modifying the terms of the same reference numeral 710 in comparison with the aforementioned first exemplary embodiment, and the refrigerant Branch line 910 and the refrigerant flow rate control valve 920 is further provided.
  • the present embodiment a description overlapping with the above-described embodiment will be omitted.
  • the refrigerant branch line 910 is branched from the second refrigerant circulation line 702 downstream of the second expansion means 721 to selectively transfer at least a portion of the refrigerant flowing to the chiller 740 toward the indoor heat exchanger 710. To flow.
  • the refrigerant flow rate control valve 920 selectively adjusts the amount of refrigerant flowing to the refrigerant branch line 910.
  • the refrigerant flow rate control valve 920 may be configured as a two-way valve or a three-way valve, and may be provided on the refrigerant branch line 910.
  • the refrigerant branch line 910 is connected to the front end of the refrigerant line and the indoor heat exchanger 710 between the second expansion means 721 and the compressor 700. More specifically, the refrigerant branch line 910 is branched between the second expansion means 721 and the chiller 740, the first refrigerant circulation between the first expansion means 720 and the indoor heat exchanger 710. Is connected to line 701.
  • the refrigerant flowing through the water-cooled condenser 800 and flowing through the second refrigerant circulation line 702 is directed to the chiller 740 after passing through the second expansion means 721, and some of the refrigerant flows through the refrigerant flow control valve 920. Rather than flowing to the chiller 740 by the opening and closing operation of the first expansion means 720 to the downstream side flows to the indoor heat exchanger 710.
  • the refrigerant flowing through the second refrigerant circulation line 702 is expanded at a low pressure while passing through the second expansion means 721, and the refrigerant expanded at this low pressure passes through the indoor heat exchanger 710 through the refrigerant branch line 910. While condensed with air in the air conditioning case 750, the moisture in the air is condensed on the surface of the indoor heat exchanger 710. As a result, the air conditioning air discharged into the vehicle interior generates a dehumidifying effect.
  • the refrigerant expanded at low pressure while passing through the second expansion means 721 flows toward the chiller 740.
  • the refrigerant flow rate control valve 920 is provided in the refrigerant branch line 910 so that the refrigerant always flows to the chiller 740 and only a part of the refrigerant directed to the chiller 740 is indoors through the refrigerant branch line 910. Flow to the heat exchanger 710 side.
  • the refrigerant passing through the second expansion means 721 necessarily flows to the chiller 740 side, but does not necessarily flow to the indoor heat exchanger 710 through the refrigerant branch line 910.
  • the refrigerant flow rate control valve 920 may be completely closed to control all of the refrigerant to flow only to the chiller 740 when not in the dehumidification mode.
  • FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view illustrating a refrigerant branch line of a vehicle heat pump system according to a third exemplary embodiment of the present invention.
  • the refrigerant branch line 910 is connected upward from the second refrigerant circulation line 702.
  • the upper direction is the height direction. Therefore, when the dehumidification mode is not used, an oil trap to the dehumidification line can be prevented.
  • FIG. 12 illustrates a cooling mode of a vehicle heat pump system according to a third exemplary embodiment of the present invention.
  • the refrigerant in the cooling mode, is circulated along the first refrigerant circulation line 701 by the control of the direction switching valve 781.
  • the temperature control door 751 in the air conditioning case 750 at maximum cooling operates to close the passage through the heater core 760 so that the air blown into the air conditioning case 750 by the blower is the indoor heat exchanger 710. After cooling while passing through the heater core 760 is bypassed and supplied to the interior of the vehicle interior is cooled.
  • the high temperature and high pressure gaseous refrigerant discharged after being compressed by the compressor 700 is supplied to the outdoor heat exchanger 730 through the direction switching valve 781.
  • the refrigerant supplied to the outdoor heat exchanger 730 is condensed by heat exchange with the outside air, and the gaseous refrigerant is changed into a liquid refrigerant.
  • the refrigerant passing through the outdoor heat exchanger 730 is expanded under reduced pressure in the course of passing through the first expansion means 720 to become a liquid refrigerant of low temperature and low pressure, and then flows into the indoor heat exchanger 710.
  • the refrigerant introduced into the indoor heat exchanger 710 exchanges heat with the air blown into the air conditioning case 750 through the blower, and simultaneously cools the air by an endothermic action by the latent heat of evaporation of the refrigerant. Is supplied to the vehicle interior to provide cooling. Thereafter, the refrigerant discharged from the indoor heat exchanger 710 is introduced into the compressor 700 via the accumulator 770 and repeats the cycle as described above.
  • the coolant passing through the engine 761 passes through the water-cooled capacitor 800, the heating means 810, the heater core 760, and passes the chiller 740 by the four-way valve 706 to the engine 761.
  • FIG. 13 illustrates a heating heat pump mode of a vehicle heat pump system according to a third exemplary embodiment of the present invention.
  • the refrigerant is circulated along the second refrigerant circulation line 702 by the control of the direction switching valve 781.
  • the temperature control door 751 in the air conditioning case 750 at maximum heating operates to close a passage bypassing the heater core 760, so that air blown into the air conditioning case 750 by the blower is heated by the heater core 760. While passing through the hot air is supplied to the interior of the vehicle interior is heated.
  • the high temperature and high pressure gaseous refrigerant discharged after being compressed by the compressor 700 heats the cooling water passing through the water-cooled capacitor 800 while passing through the water-cooled capacitor 800 through the direction switching valve 781.
  • the refrigerant condensed in the water-cooled condenser 800 is expanded after passing through the second expansion means 721 and recovered through the chiller 740 to recover the engine waste heat, and then circulated back to the compressor 700.
  • the cooling water heated in the water-cooled condenser 800 performs room heating by heat-exchanging with air through the heater core 760. That is, the coolant passing through the water-cooled condenser 800 passes through the heater core 760 along the second coolant line 703 and 705, bypasses the chiller 740 and the engine 761 by the four-way valve 706, and then cools the water again. Circulated to capacitor 800. Meanwhile, the cold water flowing through the first cooling water line 704 circulates through the engine 761, the chiller 740, and the engine 761.
  • the heater core 760 of the second cooling water line acts as a heat generating portion
  • the chiller 740 of the first cooling water line acts as an endothermic portion.
  • FIG. 14 illustrates a heating heat pump mode and a dehumidification mode of a vehicle heat pump system according to a third embodiment of the present invention.
  • the refrigerant is circulated along the second refrigerant circulation line 702 by the control of the direction switching valve 781.
  • the temperature control door 751 in the air conditioning case 750 at maximum heating operates to close a passage bypassing the heater core 760, so that air blown into the air conditioning case 750 by the blower is heated by the heater core 760. While passing through the hot air is supplied to the interior of the vehicle interior is heated.
  • the high temperature and high pressure gaseous refrigerant discharged after being compressed by the compressor 700 heats the cooling water passing through the water-cooled capacitor 800 while passing through the water-cooled capacitor 800 through the direction switching valve 781.
  • the refrigerant condensed in the water-cooled condenser 800 is expanded after passing through the second expansion means 721 and recovered through the chiller 740 to recover the engine waste heat, and then circulated back to the compressor 700.
  • some of the refrigerant flowing to the chiller 740 is selectively flowed to the refrigerant branch line 910 by the operation of the refrigerant flow rate control valve 920 between the first expansion means 720 and the indoor heat exchanger 710. 1 joins the refrigerant circulation line 701 and flows to the indoor heat exchanger 710.
  • the low pressure expanded refrigerant exchanges heat with the air in the air conditioning case 750 while passing through the indoor heat exchanger 710 to condense moisture in the air on the surface of the indoor heat exchanger 710 to perform dehumidification.
  • the cooling water is heated by the water-cooled condenser to perform a heating function, and at the same time, a refrigerant having a low temperature and a low pressure flows to the indoor heat exchanger to perform a dehumidification function.
  • the air-conditioning consumption power can be reduced by branching the refrigerant of the low pressure portion to the chiller and the indoor heat exchanger side without driving the high voltage PTC and the cooling cycle (compressor drive) even during the operation of the heating mode.
  • the refrigerant branching direction is always formed in the upper portion, thereby preventing the oil circulating from the refrigerant line to the branch line.

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Abstract

수냉식 컨덴서를 사용하는 히트펌프 시스템에 있어서 발열부와 흡열부를 분리하여 엔진 폐열을 열원으로만 독립적으로 사용이 가능하고, 고온 냉각수 루프를 별도로 분리하여 루프의 길이를 축소시킨 차량용 히트펌프 시스템이 개시된다. 차량용 히트펌프 시스템은 차량 구동품과 칠러를 연결하여 냉각수를 순환하는 제1 냉각수라인; 공조케이스 내부에 구비되어 차실내 난방에 사용되는 히터코어와 수냉식 컨덴서를 연결하여 냉각수가 순환하는 제2 냉각수라인; 및 상기 제1 냉각수라인과 제2 냉각수라인 사이에 구비되는 밸브를 포함하고, 상기 밸브가 제1 방식으로 배열되는 경우 제1 냉각수라인과 제2 냉각수라인은 별개로 작동하며, 상기 밸브가 제2 방식으로 배열되는 경우 제1 냉각수라인과 제2 냉각수라인이 직렬로 연결된다.

Description

차량용 히트펌프 시스템
본 발명은 차량용 히트펌프 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하나의 냉매사이클을 이용하여 냉매의 유동방향을 전환함으로써 냉방과 난방을 선택적으로 수행할 수 있는 차량용 히트펌프 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 차량용 공조장치는 차량의 실내를 냉방하기 위한 냉방시스템과, 차량의 실내를 난방하기 위한 난방시스템을 포함하여 이루어진다. 냉방시스템은 냉매사이클의 증발기 측에서 증발기의 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 난방한다.
한편, 전술한 차량용 공조장치와는 다른 것으로, 하나의 냉매사이클을 이용하여 냉매의 유동방향을 전환함으로써, 냉방과 난방을 선택적으로 수행할 수 있는 히트펌프 시스템이 적용되고 있다. 이러한 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.
한편, 엔진(내연기관)과 전기모터로 구동되는 하이브리드 차량에서는 실내 난방을 위해 엔진 폐열(냉각수)을 이용하여 난방열원으로 사용하고 있다. 즉, 엔진으로 구동시에는 엔진 폐열이 충분하여 난방시 기존 차량과 동일하게 공조장치를 사용할 수 있으나, 전기모터로 구동되는 조건에서는 엔진이 오프된 상태이더라도 엔진 냉각수에 남아있는 잔열을 이용하여 난방 열원으로 사용하게 된다. 전기모터로 구동되는 조건의 경우, 외기온도가 낮은 조건(약 0℃ 이하)에서는 엔진 냉각수의 잔열이 부족하여 엔진 냉각수가 일정온도 이하가 되면 전기모터로 구동할 수 있음에도 불구하고 난방 열원을 확보하기 위해 엔진이 강제로 작동하도록 되어 있어 하이브리드 차량의 연비가 저하된다.
선 출원된 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0126846호(2014.11.03)에는 에어컨 모드 및 히트펌프 모드시 공조케이스 내의 증발기를 공용으로 사용하여 냉방 및 난방에 이용한 차량용 히트펌프 시스템이 개시된바 있다. 도 1은 종래의 차량용 히트펌프 시스템의 에어컨 모드를 도시한 것이고, 도 2는 종래의 차량용 히트펌프 시스템의 히트펌프 모드를 도시한 것이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 차량용 히트펌프 시스템은 하이브리드 차량에 적용되는 것이 바람직한 것으로서, 압축기(100)와, 증발기(110)와, 실외 열교환기(130)와, 팽창수단(120)과, 칠러(140)와, 제1 냉매순환라인(R1)과, 제2 냉매순환라인(R2)을 구비한다.
제1 냉매순환라인(R1)은 에어컨 모드시 압축기(100)에서 배출된 냉매가 실외 열교환기(130), 팽창수단(120), 증발기(110), 압축기(100)를 순환하도록 냉매 라인을 구성한다. 제2 냉매순환라인(R2)은 히트펌프 모드시 압축기(100)에서 배출된 냉매가 증발기(110), 팽창수단(120), 칠러(140), 압축기(100)를 순환하도록 냉매 라인을 구성한다.
제1 냉매순환라인(R1)과 제2 냉매순환라인(R2)은 일부 구간을 서로 공용으로 사용하도록 구성된다. 즉, 제1 냉매순환라인(R1)과 제2 냉매순환라인(R2)의 일부 구간이 일체로 형성되어 공용으로 사용되며, 제1,2 냉매순환라인(R1,R2)의 공용 구간(a,b)은 압축기(100)가 연결된 구간(a)과, 증발기(110) 및 팽창수단(120)이 연결된 구간(b)이다. 실외 열교환기(130)는 제1 냉매순환라인(R1)에 구비되고, 칠러(140)는 제2 냉매순환라인(R2)에 구비된다.
압축기(100)는 냉매를 흡입하여 압축한 후 고온 고압의 기체 상태로 배출한다. 증발기(110)는 공조케이스(150)의 내부에 설치되어 공조케이스(150) 내를 유동하는 공기와 냉매를 열교환 시킨다. 증발기(110)는 에어컨 모드시 본래의 증발기(110) 역할을 하여 냉방역할을 수행하고, 히트펌프 모드시 응축기 역할을 하여 난방 역할을 수행한다.
실외 열교환기(130)는 공조케이스(150)의 외부에 설치되어 외기와 냉매를 열교환 시킨다. 팽창수단(120)은 증발기(110)와 실외 열교환기(130)의 사이에 배치되어 냉매를 팽창시킨다. 공조케이스(150)의 내부에는 차량 엔진(161)과 냉각수순환라인(W)을 통해 연결되는 히터코어(160)가 구비된다. 냉각수순환라인(W)에는 엔진(161)의 냉각수를 히터코어(160) 측으로 순환시키는 워터펌프(162)가 구비된다.
증발기(110)와 히터코어(160)의 사이에는 히터코어(160)를 바이패스하는 공기의 양과 통과하는 공기의 양을 조절하는 온도조절도어(151)가 구비된다. 칠러(140)의 입구측 제2 냉매순환라인(R2)에는 에어컨 모드시 폐쇄되고 히트펌프 모드시 개방되는 온오프 밸브(183)가 구비된다. 압축기(100)의 입구측에는 압축기(100)로 유입되는 냉매 중에서 액상 냉매와 기상 냉매를 분리하여 기상 냉매만 공급하는 어큐뮬레이터(170)가 구비된다.
압축기(100)의 출구측에서 제1,2 냉매순환라인(R1,R2)이 분기되는 지점에는 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 압축기(100)에서 배출된 냉매가 제1 냉매순환라인(R1) 또는 제2 냉매순환라인(R2) 측으로 흐르도록 냉매 흐름 방향을 전환하는 제1 방향전환밸브(181)가 구비된다.
아울러, 압축기(100)가 연결된 구간(a)과 증발기(110) 및 팽창수단(120)이 연결된 구간(b) 사이를 연결하는 위치의 증발기(110) 일측에서 제1,2 냉매순환라인(R1,R2)이 분지되는 지점에는, 에어컨 모드시 증발기(110)에서 배출된 냉매가 제1 냉매순환라인(R1)을 따라 압축기(100) 측으로 흐르도록 냉매 흐름방향을 전환하고 히트펌프 모드시에는 압축기(100)에서 배출되어 제2 냉매순환라인(R2)을 유동하는 냉매가 증발기(110) 측으로 흐르도록 냉매 흐름 방향을 전환하는 양방향 삼방밸브 구조의 제2 방향전환밸브(182)가 구비된다.
도 1을 참조하면, 엔진 오프(OFF) 상태에서 에어컨 모드시, 제1 방향전환밸브(181)와 제2 방향전환밸브(182) 및 온오프 밸브(183)의 제어에 의해 제1 냉매순환라인(R1)을 따라 냉매가 순환된다. 엔진(161) 오프(OFF) 상태에서는 워터펌프(162)가 정지되어 히터코어(160) 및 칠러(140) 측으로 냉각수가 순환하지 않는다. 최대 냉방시 공조케이스(150) 내의 온도조절도어(151)는 히터코어(160)를 통과하는 통로를 폐쇄하도록 작동하여, 블로어에 의해 공조케이스(150) 내로 송풍된 공기가 증발기(110)를 통과하면서 냉각된 후 히터코어(160)를 바이패스 하여 차실내로 공급됨으로써 차실내가 냉방된다.
압축기(100)에서 압축된 후 배출되는 고온 고압의 기상 냉매는 제1 방향전환밸브(181)를 거쳐 실외 열교환기(130)로 공급된다. 실외 열교환기(130)로 공급된 냉매는 외기와 열교환하여 응축되며 기상 냉매가 액상 냉매로 바뀌게 된다. 계속해서, 실외 열교환기(130)를 통과한 냉매는 팽창수단(120)을 통과하는 과정에서 감압 팽창되어 저온 저압의 액상냉매가 된 후 증발기(110)로 유입된다. 증발기(110)로 유입된 냉매는 블로어를 통해 공조케이스(150) 내부로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발함과 동시에 냉매의 증발 잠열에 의한 흡열 작용으로 공기를 냉각하게 되며, 이처럼 냉각된 공기가 차량 실내로 공급되어 냉방이 이루어진다. 이후, 증발기(110)에서 배출된 냉매는 제2방향전환밸브(182)를 거쳐 압축기(100)로 유입되면서 전술한 바와 같은 사이클을 반복한다.
도 2를 참조하면, 엔진 오프(OFF) 상태에서 히트펌프 모드시, 제1 방향전환밸브(181)와 제2 방향전환밸브(182) 및 온오프 밸브(183)의 제어에 의해 제2 냉매순환라인(R2)을 따라 냉매가 순환된다. 엔진(161) 오프(OFF) 상태에서는 히터코어(160) 및 칠러(140) 측으로 냉각수가 순환하지 않으나, 워터펌프(162)를 가동할 경우 냉각수를 순환시킬 수도 있다. 아울러, 엔진(161) 오프(OFF) 상태에서는 엔진(161) 냉각수에 남아 있는 잔열을 이용하여 난방 열원으로 사용하게 된다. 최대 난방시 공조케이스(150) 내의 온도조절도어(151)는 히터코어(160)를 바이패스하는 통로를 폐쇄하도록 작동하여, 블로어에 의해 공조케이스(150) 내로 송풍된 공기가 증발기(110)(난방 역할)를 통과하면서 온풍으로 바뀌어 차실내로 공급됨으로써 차실내가 난방된다.
압축기(100)에서 압축된 후 배출되는 고온 고압의 기상 냉매는 제1 방향전환밸브(181) 및 제2 방향전환밸브(182)를 거쳐 증발기(110)로 공급된다. 증발기(110)로 공급된 고온 고압의 기상 냉매는 공조케이스(150) 내를 유동하는 공기와 열교환하여 응축됨과 동시에 공기를 가열하게 되며, 이처럼 가열된 공기가 차량 실내로 공급되어 난방이 이루어진다. 계속해서, 증발기(110)를 통과한 냉매는 팽창수단(120)을 통과하는 과정에서 감압 팽창되어 저온 저압의 액상냉매가 된 후, 칠러(140)로 유입된다. 칠러(140)로 유입된 냉매는 엔진(161) 냉각수(엔진 폐열)와 열교환하면서 증발하게 된다. 이후, 증발기(110)에서 배출된 냉매는 압축기(100)로 유입되면서 전술한 바와 같은 사이클을 반복한다.
종래의 차량용 히트펌프 시스템은 엔진 냉각수 열원을 회수하여 실내 난방효과를 가지며, 증발기에서 냉매열을 방열하여 난방열로 사용한다. 아울러, 칠러를 통해 엔진의 폐열을 회수하여 냉매 기화 에너지로 사용한다. 한편, 발열부인 히터코어 및 흡열부인 칠러가 하나의 루프(Loop)에 구성된다.
종래의 차량용 히트펌프 시스템은 히트펌프를 작동시키는 경우 냉각수의 온도가 급격히 변하며, 냉각수 온도에 따라 증발기를 지난 따뜻한 공기가 히터코어를 흐르는 냉각수를 가열해주는 조건이 발생한다. 아울러, 종래의 차량용 히트펌프 시스템은 별도의 고압용 증발기가 요구되므로 생산에 별도 관리가 요구되고 생산 비용이 증가하는 문제점이 있다.
또한, 종래의 차량용 히트펌프 시스템은 고온 냉각수 라인의 루프가 길어 냉각수 호스에서 열손실이 발생함에 따라 외부로 손실되는 에너지가 많아지고, 압력 수두가 증가하여 충분한 유량 확보가 어려우며 이로 인해 난방 성능이 저하될 가능성이 있었다.
아울러, 종래의 차량용 히트펌프 시스템은 대략 0℃ ~ 10℃의 난방 사이클에서 제습을 동시에 수행할 수 없는 단점이 있다. 즉, 냉방 사이클을 구동시키면서 고전압 PTC히터를 이용하여 난방을 수행해야 함에 따라 공조 소모동력이 증대되는 문제점이 있다.
이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 수냉식 컨덴서를 사용하는 히트펌프 시스템에 있어서 발열부와 흡열부를 분리하여 엔진 폐열을 열원으로만 독립적으로 사용이 가능하고, 고온 냉각수 루프를 별도로 분리하여 루프의 길이를 축소시킨 차량용 히트펌프 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명에서는 수가열 컨덴서를 이용하여 냉매열을 통한 냉각수 가열을 수행하되 실내 열교환기 측으로도 저온,저압의 냉매를 흘려 제습효과를 동시에 수행할 수 있는 차량용 히트펌프 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 냉매를 압축하여 배출하는 압축기; 공조케이스의 내부에 구비되어 공기와 냉매를 열교환시키는 증발기; 공조케이스의 외부에 설치되어 외기와 냉매를 열교환시키는 실외 열교환기; 공조케이스의 내부에 구비되어 공기와 냉각수를 열교환시키는 히터코어; 상기 증발기와 실외 열교환기의 사이에 구비되어 냉매를 팽창시키는 제1 팽창수단; 차량의 폐열과 냉매를 열교환시키는 칠러; 차량의 엔진과 칠러를 연결하여 냉각수를 순한하는 통로인 제1 냉각수라인; 상기 제1 냉각수라인에 연결되어 제1 냉각수라인을 선택적으로 통과하거나 바이패스하며, 상기 히터코어를 순환하는 제2 냉각수라인; 냉각수의 유동 방향으로 히터코어의 상류측 제2 냉각수라인에 구비되고, 압축기에서 배출된 냉매와 제2 냉각수라인을 흐르는 냉각수를 열교환시키는 수냉식 컨덴서; 냉방 모드 시, 상기 압축기에서 배출된 냉매가 실외 열교환기, 제1 팽창수단, 증발기, 압축기를 순환하도록 냉매라인을 연결 구성하는 제1 냉매순환라인; 및 난방 히트펌프 모드 시, 상기 압축기에서 배출된 냉매가 수냉식 컨덴서, 칠러, 압축기를 순환하도록 냉매라인을 연결 구성하는 제2 냉매순환라인을 포함한다.
상기에서, 제1 냉각수라인과 제2 냉각수라인을 연결시키는 4방향 밸브를 구비하며, 상기 4방향 밸브의 작동에 따라 히터코어를 통과한 냉각수가 칠러 및 엔진을 통과하거나 바이패스한다.
상기에서, 제2 냉매순환라인에는 수냉식 컨덴서와 칠러의 사이에 제2 팽창수단이 구비된다.
상기에서, 난방 냉각수 모드 시, 상기 압축기는 구동 정지되고, 상기 제2 냉각수라인은 제1 냉각수라인에 연결되어 냉각수가 수냉식 컨덴서, 히터코어, 칠러, 엔진, 수냉식 컨덴서를 순환한다.
상기에서, 난방 히트펌프 모드 시, 상기 압축기에서 배출된 냉매가 수냉식 컨덴서, 칠러, 압축기를 순환하고, 상기 제2 냉각수라인은 제1 냉각수라인을 바이패스하여 냉각수가 수냉식 컨덴서, 히터코어, 수냉식 컨덴서를 순환하며, 제1 냉각수라인의 냉각수는 엔진, 칠러, 엔진을 제2 냉각수라인에 대해 독립적으로 순환한다.
상기에서, 냉각수의 온도를 감지하는 냉각수온도 감지수단을 구비하고, 냉각수의 온도가 기준 온도보다 낮은 경우 상기 난방 히트펌프 모드를 수행하며, 냉각수의 온도가 기준 온도보다 높은 경우 상기 난방 냉각수 모드를 수행한다.
상기에서, 제2 냉각수라인에는 냉각수를 가열시키는 가열수단이 구비된다.
상기에서, 제1 냉각수라인에는 냉각수를 순환시키는 제1 워터펌프가 구비되고, 상기 제2 냉각수라인에는 냉각수를 순환시키는 제2 워터펌프가 구비된다.
상기에서, 압축기의 출구 측에서 제1,2 냉매순환라인이 분지되는 지점에, 냉방 모드 또는 난방 모드에 따라 압축기에서 배출된 냉매가 제1 냉매순환라인 또는 제2 냉매순환라인 측으로 흐르도록 냉매 흐름 방향을 전환하는 제1 방향전환밸브가 구비된다.
상기에서, 수냉식 컨덴서의 상류측 제2 냉각수라인에서 분지되어 히터코어의 하류측 제2 냉각수라인에 연결되는 제3 냉각수라인이 구비된다.
상기에서, 수냉식 컨덴서의 상류측에서 제2 냉각수라인과 제3 냉각수라인의 연결지점에 구비되는 제2 방향전환밸브 및 히터코어의 하류측에서 제2 냉각수라인과 제3 냉각수라인의 연결지점에 구비되는 제3 방향전환밸브를 포함한다.
상기에서, 냉각수의 온도가 기준 온도보다 낮은 경우, 히터코어를 통과한 냉각수는 제3 방향전환밸브에 의해 제3 냉각수라인을 지나 제2 방향전환밸브에 의해 수냉식 컨덴서, 히터코어를 순환한다.
상기에서, 냉각수의 온도가 기준 온도보다 높은 경우, 엔진을 통과한 냉각수는 제2 방향전환밸브에 의해 제3 냉각수라인을 바이패스하여 수냉식 컨덴서, 히터코어를 지난 후 제3 방향전환밸브에 의해 칠러, 엔진을 순환한다.
상기에서, 냉매를 압축하여 배출하는 압축기; 공조케이스의 내부에 구비되어 공기와 냉매를 열교환시키는 실내 열교환기; 공조케이스의 외부에 설치되어 외기와 냉매를 열교환시키는 실외 열교환기; 상기 실내 열교환기와 실외 열교환기의 사이에 구비되어 냉매를 팽창시키는 제1 팽창수단; 상기 압축기에서 배출된 냉매가 실외 열교환기, 제1 팽창수단, 실내 열교환기, 압축기를 순환하도록 냉매라인을 연결 구성하는 제1 냉매순환라인; 및 상기 압축기에서 배출된 냉매가 수냉식 컨덴서, 칠러, 압축기를 순환하도록 냉매라인을 연결 구성하는 제2 냉매순환라인;을 포함하며, 상기 제2 냉매순환라인의 냉매 일부가 제1 냉매순환라인으로 분기한다.
상기에서, 수냉식 컨덴서와 칠러 사이의 제2 냉매순환라인에 구비되어 냉매를 팽창시키는 제2 팽창수단을 포함하며, 상기 제2 팽창수단의 하류측 제2 냉매순환라인에서 분지되어 상기 칠러 측으로 유동하는 냉매의 적어도 일부를 실내 열교환기 측으로 유동시키는 냉매분지라인을 구비한다.
상기에서, 냉매분지라인은 제2 팽창수단과 압축기 사이의 냉매라인과 실내 열교환기의 전단을 연결한다.
상기에서, 냉매분지라인은 제2 팽창수단과 칠러의 사이에서 분지되고, 제1 팽창수단과 실내 열교환기 사이의 제1 냉매순환라인에 연결된다.
상기에서, 냉매분지라인은 제2 냉매순환라인으로부터 상부 방향으로 연결된다.
상기에서, 제습 모드 시, 상기 압축기에서 배출되어 수냉식 컨덴서, 제2 팽창수단을 지나 칠러로 흐르는 냉매 중 일부가 냉매분지라인으로 선택적으로 흘러 실내 열교환기를 통과한다.
본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 전기 자동차와 내연기관 자동차에 모두 공용으로 사용이 가능하고, 발열부인 히터코어와 흡열부인 칠러를 서로 다른 냉각수라인으로 분리하여 구성함으로써 엔진 폐열을 열원으로만 독립적으로 사용이 가능하며, 냉각수를 안정적으로 제어 가능하다.
또한, 외부로 손실되는 에너지를 저감시키고 동일 파워에서 흘릴 수 있는 냉각수 유량을 증대시킬 수 있어 난방 성능이 증대된다.
아울러, 난방 모드의 작동 중에도 고전압 PTC 및 압축기 구동없이 저압부의 냉매를 칠러와 실내 열교환기 측으로 분지 함으로써 공조 소모동력을 저감시킬 수 있고, 냉매분지라인을 본 난방라인인 제2 냉매순환라인보다 위쪽으로 분지시켜 냉매 분지 방향을 항시 상부로 형성함에 따라 냉매 라인을 순환하는 오일이 분지라인으로 고이는 현상을 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 차량용 히트펌프 시스템의 에어컨 모드를 도시한 것이고,
도 2는 종래의 차량용 히트펌프 시스템의 히트펌프 모드를 도시한 것이며,
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템을 도시한 것이고,
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 냉방 모드를 도시한 것이며,
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 난방 히트펌프 모드를 도시한 것이고,
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 난방 냉각수 모드를 도시한 것이며,
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템을 도시한 것이고,
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 난방 히트펌프 모드를 도시한 것이며,
도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 난방 냉각수 모드를 도시한 것이고,
도 10은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템을 도시한 것이며,
도 11은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 냉매분지라인을 확대도시한 단면도이고,
도 12는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 냉방 모드를 도시한 것이며,
도 13은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 난방 히트펌프 모드를 도시한 것이고,
도 14는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 난방 히트펌프 모드 및 제습 모드를 도시한 것이다.
이하 첨부된 도면에 따라서 차량용 히트펌프 시스템의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템을 도시한 것이다.
차량용 히트펌프 시스템은 차량 구동품과 칠러(740)를 연결하여 냉각수를 순환하는 제1 냉각수라인(704)과, 공조케이스(750) 내부에 구비되어 차실내 난방에 사용되는 히터코어(760)와 수냉식 컨덴서(800)를 연결하여 냉각수가 순환하는 제2 냉각수라인 및 제1 냉각수라인(704)과 제2 냉각수라인 사이에 구비되는 밸브를 포함한다.
상기 밸브는 제1 방식으로 배열되는 경우 제1 냉각수라인(704)과 제2 냉각수라인은 별개로 작동하며, 밸브가 제2 방식으로 배열되는 경우 제1 냉각수라인(704)과 제2 냉각수라인이 직렬로 연결된다. 아울러, 압축기(700), 실외 열교환기(730), 제1 팽창수단(720) 및 증발기(710)의 차실내 공조를 위한 냉매 라인이 구성되고, 제1 냉각수라인(704)의 칠러(740)와 제2 냉각수라인의 수냉식 컨덴서(800)는 냉매 라인과 열교환 한다. 이 경우, 칠러(740)는 압축기(700) 유입 전 냉매와 열교환 하며, 수냉식 컨덴서(800)는 압축기(700) 토출 냉매와 열교환한다.
더욱 상세하게는, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 하이브리드 차량에 적용되는 것으로서, 압축기(700)와, 증발기(710)와, 실외 열교환기(730)와, 히터코어(760)와, 제1 팽창수단(720)과, 칠러(740)와, 제1 냉각수라인(704)과, 제2 냉각수라인과, 수냉식 컨덴서(800)와, 제1 냉매순환라인(701) 및 제2 냉매순환라인(702)을 포함하여 이루어진다.
압축기(700)는 냉매를 흡입하여 압축한 후 고온 고압의 기체 상태로 배출한다. 증발기(710)는 공조케이스(750)의 내부에 구비되어 공조케이스(750) 내를 유동하는 공기와 냉매를 열교환 시킨다. 실외 열교환기(730)는 공조케이스(750)의 외부에 구비되어, 외기와 냉매를 열교환 시킨다. 히터코어(760)는 공조케이스(750)의 내부에 구비되어 공조케이스(750) 내를 유동하는 공기와 냉각수를 열교환 시킨다. 제1 팽창수단(720)은 증발기(710)와 실외 열교환기(730)의 사이에 배치되어 냉매를 팽창시킨다.
공조케이스(750)의 내부에는 증발기(710)와 히터코어(760)의 사이에, 히터코어(760)를 바이패스하는 공기의 양과 통과하는 공기의 양을 조절하는 온도조절도어(751)가 구비된다. 칠러(740)는 차량의 폐열과 냉매를 열교환 시킨다. 압축기(700)의 입구측에는 압축기(700)로 유입되는 냉매 중에서 액상 냉매와 기상 냉매를 분리하여 기상 냉매만 공급하는 어큐뮬레이터(770)가 구비된다.
제1 냉각수라인(704)은 차량의 엔진(761)과 칠러(740)를 연결하여 냉각수를 순환시키는 통로이다.
제2 냉각수라인(703,705)은 설명의 편의를 위해 도면부호를 703과 705로 구분하여 도시하였으나, 실질적으로 703과 705는 하나의 라인으로서, 후술할 4방향 밸브(706)의 상류측 라인을 703으로, 하류측 라인을 705로 구분한 것뿐이다. 제2 냉각수라인(703,705)은 제1 냉각수라인(704)에 연결되어 제1 냉각수라인(704)을 선택적으로 통과하거나 바이패스하며, 히터코어(760)를 순환한다.
수냉식 컨덴서(800)는 냉각수의 유동 방향으로 히터코어(760)의 상류측 제2 냉각수라인에 구비된다. 수냉식 컨덴서(800)는 압축기(700)에서 배출된 냉매와 제2 냉각수라인을 흐르는 냉각수를 열교환 시킨다.
제1 냉매순환라인(701)은 냉방 모드 시, 압축기(700)에서 배출된 냉매가 실외 열교환기(730), 제1 팽창수단(720), 증발기(710), 압축기(700)를 순환하도록 냉매라인을 연결 구성한다. 제2 냉매순환라인(702)은 난방 히트펌프 모드 시, 압축기(700)에서 배출된 냉매가 수냉식 컨덴서(800), 칠러(740), 압축기(700)를 순환하도록 냉매라인을 연결 구성한다.
압축기(700)의 출구 측에서 제1,2 냉매순환라인(701,702)이 분지되는 지점에는 제1 방향전환밸브(781)가 구비된다. 제1 방향전환밸브(781)는 냉방 모드 또는 난방 모드에 따라 압축기(700)에서 배출된 냉매가 제1 냉매순환라인(701) 또는 제2 냉매순환라인(702) 측으로 흐르도록 냉매 흐름 방향을 전환한다. 제1 방향전환밸브(781)는 삼방향 밸브로 구성되는 것이 바람직하다.
제1 냉각수라인(704)과 제2 냉각수라인(703,705)의 연결 지점에는 4방향 밸브(706)가 구비된다. 4방향 밸브(706)는 제1 냉각수라인(704)과 제2 냉각수라인(703,705)의 연결시키는 것으로서, 4방향 밸브(706)의 작동에 따라 히터코어(760)를 통과한 냉각수가 칠러(740) 및 엔진(761)을 통과하거나 칠러(740) 및 엔진(761)을 바이패스(Bypass) 한다. 엔진(761)에는 별도의 냉각라인(736)을 통해 제2 실외 열교환기(735)가 연결되는 것이 바람직하다.
또한, 제2 냉매순환라인(702)에는 수냉식 컨덴서(800)와 칠러(740)의 사이에 제2 팽창수단(721)이 구비된다. 이 경우, 상기 제1 팽창수단(720)은 기계식 또는 전자식으로 구동되는 팽창밸브(Expansion valve)로 이루어지고, 상기 제2 팽창수단(721)은 단방향 오리피스(Orifice)로 이루어지는 것이 바람직하다.
아울러, 제2 냉각수라인(703,705)에는 냉각수를 가열시키는 가열수단(810)이 구비된다. 가열수단(810)은 PTC히터로 구성될 수 있으며, 수냉식 컨덴서(800)와 히터코어(760)의 사이에 구비되는 것이 바람직하다. 그리고, 제1 냉각수라인(704)에는 냉각수를 순환시키는 제1 워터펌프(707)가 구비되고, 제2 냉각수라인에는 냉각수를 순환시키는 제2 워터펌프(708)가 구비된다.
난방 냉각수 모드 시, 압축기(700)는 구동 정지되고, 제2 냉각수라인은 제1 냉각수라인(704)에 연결되어 냉각수가 수냉식 컨덴서(800), 히터코어(760), 칠러(740), 엔진(761), 수냉식 컨덴서(800)를 순환한다.
난방 히트펌프 모드 시, 압축기(700)에서 배출된 냉매는 수냉식 컨덴서(800), 칠러(740), 압축기(700)를 순환하고, 제2 냉각수라인은 제1 냉각수라인(704)을 바이패스하여 냉각수가 수냉식 컨덴서(800), 히터코어(760), 수냉식 컨덴서(800)를 순환한다. 제1 냉각수라인(704)의 냉각수는 엔진(761), 칠러(740), 엔진(761)을 제2 냉각수라인에 대해 독립적으로 순환한다.
한편, 차량용 히트펌프 시스템은 냉각수의 온도를 감지하는 냉각수온도 감지수단을 구비한다. 차량용 히트펌프 시스템의 제어부는 감지된 냉각수의 온도가 기준 온도보다 낮은 경우 난방 히트펌프 모드를 수행하며, 감지된 냉각수의 온도가 기준 온도보다 높은 경우 난방 냉각수 모드를 수행한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 냉방 모드를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 냉방 모드 시, 제1 방향전환밸브(781)의 제어에 의해 제1 냉매순환라인(701)을 따라 냉매가 순환된다. 최대 냉방시 공조케이스(750) 내의 온도조절도어(751)는 히터코어(760)를 통과하는 통로를 폐쇄하도록 작동하여, 블로어에 의해 공조케이스(750) 내로 송풍된 공기가 증발기(710)를 통과하면서 냉각된 후 히터코어(760)를 바이패스 하여 차실내로 공급됨으로써 차실내가 냉방된다.
압축기(700)에서 압축된 후 배출되는 고온 고압의 기상 냉매는 제1 방향전환밸브(781)를 거쳐 실외 열교환기(730)로 공급된다. 실외 열교환기(730)로 공급된 냉매는 외기와 열교환하여 응축되며 기상 냉매가 액상 냉매로 바뀌게 된다. 계속해서, 실외 열교환기(730)를 통과한 냉매는 제1 팽창수단(720)을 통과하는 과정에서 감압 팽창되어 저온 저압의 액상냉매가 된 후 증발기(710)로 유입된다.
증발기(710)로 유입된 냉매는 블로어를 통해 공조케이스(750) 내부로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발함과 동시에 냉매의 증발 잠열에 의한 흡열 작용으로 공기를 냉각하게 되며, 이처럼 냉각된 공기가 차량 실내로 공급되어 냉방이 이루어진다. 이후, 증발기(710)에서 배출된 냉매는 어큐뮬레이터(770)를 거쳐 압축기(700)로 유입되면서 전술한 바와 같은 사이클을 반복한다.
이 경우, 엔진(761)을 통과한 냉각수는 수냉식 컨덴서(800), 가열수단(810), 히터코어(760)를 지나고 4방향 밸브(706)에 의해 칠러(740)를 지나 엔진(761)을 순환한다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 난방 히트펌프 모드를 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 냉각수 온도가 비교적 낮아 난방 히트펌프 모드를 수행하는 경우, 제1 방향전환밸브(781)의 제어에 의해 제2 냉매순환라인(702)을 따라 냉매가 순환된다. 최대 난방시 공조케이스(750) 내의 온도조절도어(751)는 히터코어(760)를 바이패스하는 통로를 폐쇄하도록 작동하여, 블로어에 의해 공조케이스(750) 내로 송풍된 공기가 히터코어(760)를 통과하면서 온풍으로 바뀌어 차실내로 공급됨으로써 차실내가 난방된다.
압축기(700)에서 압축된 후 배출되는 고온 고압의 기상 냉매는 제1 방향전환밸브(781)를 거쳐 수냉식 컨덴서(800)를 통과하면서 수냉식 컨덴서(800)를 지나는 냉각수를 가열한다. 수냉식 컨덴서(800)에서 응축된 냉매는 제2 팽창수단(721)을 지난 팽창한 후 칠러(740)를 지나 엔진 폐열을 회수한 후 압축기(700)로 다시 순환된다.
이 경우, 수냉식 컨덴서(800)에서 가열된 냉각수는 히터코어(760)를 지나 공기와 열교환함으로써 실내 난방을 수행하게 된다. 즉, 수냉식 컨덴서(800)를 지난 냉각수는 제2 냉각수라인(703,705)을 따라 히터코어(760)를 지나 4방향 밸브(706)에 의해 칠러(740) 및 엔진(761)을 바이패스하여 다시 수냉식 컨덴서(800)로 순환된다. 한편, 제1 냉각수라인(704)을 유동하는 냉가수는 엔진(761), 칠러(740), 엔진(761)을 순환한다. 상기에서, 제2 냉각수라인의 히터코어(760)는 발열부로 작용하며, 제1 냉각수라인의 칠러(740)는 흡열부로 작용한다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 난방 냉각수 모드를 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 냉각수 온도가 비교적 높아 난방 냉각수 모드를 수행하는 경우, 압축기(700)의 구동은 정지된다. 이 경우, 엔진(761)을 통과한 냉각수는 수냉식 컨덴서(800), 가열수단(810), 히터코어(760)를 지나고 4방향 밸브(706)에 의해 칠러(740)를 지나 엔진(761)을 순환한다.
이러한 구성을 통해, 차량용 히트펌프 시스템을 하이브리드 적용 시 내연기관과 공용으로 사용이 가능하고, 발열부인 히터코어와 흡열부인 칠러를 서로 다른 냉각수라인으로 분리하여 구성함으로써 엔진 폐열을 열원으로만 독립적으로 사용이 가능하다. 아울러, 별도의 PTC히터(가열수단)을 통해 냉각수를 안정적으로 제어 가능하다.
즉, 종래의 히트펌프 시스템은 차량의 엔진 폐열을 난방열 및 히트펌프 저온부의 열원으로 동시에 사용하여 히트펌프를 작동시킴에 따라, 냉각수의 온도가 급격히 변하며 냉각수 온도에 따라 증발기를 지난 따뜻한 공기가 히터코어를 흐르는 냉각수를 가열시키는 조건이 발생하기도 한다. 아울러, 증발기를 통한 난방은 별도의 고압용 증발기가 요구되므로 생산에 별도 관리가 요구된다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 히트펌프 시스템은 4방향 밸브를 이용하여 난방용 냉각수 루프(제1 냉각수라인)와 히트펌프 열원용 냉각수 루프(제2 냉각수라인)를 분리하여 효과적으로 엔진의 폐열을 이용할 수 있다. 수냉식 컨덴서와 PTC히터(가열수단)을 통해 안정적인 냉각수의 온도 제어가 가능하며, 기존 내연기관의 증발기 및 히터코어를 공용으로 사용하여 별도의 관리없이 공조장치의 공용화가 가능해진다.
한편, 도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템을 도시한 것이고, 도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 난방 히트펌프 모드를 도시한 것이며, 도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 난방 냉각수 모드를 도시한 것이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 전술한 제1 실시 예와 비교하여 제3 냉각수라인(850)과, 제2 방향전환밸브(820) 및 제3 방향전환밸브(830)를 더 구비한다. 본 실시 예에서 전술한 실시 예와 중복되는 구성은 설명을 생략한다.
제3 냉각수라인(850)은 수냉식 컨덴서(800)의 상류측 제2 냉각수라인에서 분지되어 히터코어(760)의 하류측 제2 냉각수라인에 연결된다. 제2 방향전환밸브(820)는 수냉식 컨덴서(800)의 상류측에서 제2 냉각수라인과 제3 냉각수라인(850)의 연결지점에 구비된다. 제3 방향전환밸브(830)는 히터코어(760)의 하류측에서 제2 냉각수라인과 제3 냉각수라인(850)의 연결지점에 구비된다. 제2 방향전환밸브(820) 및 제3 방향전환밸브(830)는 삼방향 밸브로 구성되는 것이 바람직하다. 제1 냉각수라인(704)에는 냉각수를 순환시키는 제1 워터펌프(707)가 구비되며, 제3 냉각수라인(850)에는 냉각수를 순환시키는 제2 워터펌프(840)가 구비된다.
냉각수의 온도가 기준 온도보다 낮은 경우 난방 히트펌프 모드를 수행한다. 도 8에 도시된 것처럼, 난방 히트펌프 모드 시, 냉매의 유동과 제1 냉각수라인의 냉각수 유동은 전술한 실시 예와 동일하다. 제2 냉각수라인의 유동을 살펴보면, 히터코어(760)를 통과한 냉각수는 제3 방향전환밸브(830)에 의해 제3 냉각수라인(850)을 지나 제2 방향전환밸브(820)에 의해 수냉식 컨덴서(800), 히터코어(760)를 순환한다.
또한, 냉각수의 온도가 기준 온도보다 높은 경우 난방 냉각수 모드를 수행한다. 도 9에 도시된 것처럼, 난방 냉각수 모드 시, 냉매 및 냉각수의 유동은 전술한 실시 예와 동일하다. 즉, 엔진(761)을 통과한 냉각수는 제2 방향전환밸브(820)에 의해 제3 냉각수라인(850)을 바이패스하여 수냉식 컨덴서(800), 히터코어(760)를 지난 후 제3 방향전환밸브(830)에 의해 칠러(740), 엔진(761)을 순환한다.
이와 같이, 제3 냉각수라인과 2개의 삼방향 밸브(제2 방향전환밸브 및 제3 방향전환밸브)를 추가 구성함에 따라 냉각수 루프(Loop)를 2개로 구비하여 수냉식 컨덴서(800) 및 가열수단(810)만을 지나는 별도의 루프를 구성한다. 아울러, 칠러와 엔진만 지나는 별도의 루프가 구성된다.
이러한 구성을 통해, 냉각수 열원을 이용하여 히트펌프 시스템으로 작동할 경우, 고온 냉각수 루프를 별도 루프로 분리하여 루프의 전체 길이를 축소시킬 수 있다. 이로 인해, 외부로 손실되는 에너지를 저감시키고 동일 파워에서 흘릴 수 있는 냉각수 유량을 증대시킬 수 있어 난방 성능이 증대된다.
정리하면, 종래의 수가열 컨덴서를 갖는 히트펌프 시스템은 엔진 폐열을 이용한 히트펌프 시스템의 작동 시 고온 냉각수 루프는 엔진열 이용시 사용하는 냉각수 루프까지 순환해야 하기 때문에 외부로 손실되는 에너지가 많고 압력 수두가 높게 형성되어 높은 유량을 구현하기 힘들었다. 본 발명의 제2 실시 예에 따른 히트펌프 시스템은 수냉식 컨덴서, PTC히터(가열수단), 히터코어만을 통과하는 고온 냉각수 루프를 별도로 구성하여 외부로 손실되는 에너지를 최소화하며, 냉각수라인의 길이를 짧게 형성하여 압력 수두 감소를 통한 유량 증대 효과를 갖는다.
한편, 도 10은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템을 도시한 것이다. 본 발명의 제3 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 하이브리드 차량에 적용되는 것으로서, 압축기(700)와, 실내 열교환기(710)와, 실외 열교환기(730)와, 히터코어(760)와, 제1 팽창수단(720)과, 칠러(740)와, 제1 냉각수라인(704)과, 제2 냉각수라인과, 수냉식 컨덴서(800)와, 제1 냉매순환라인(701) 및 제2 냉매순환라인(702)을 포함하여 이루어진다.
본 발명의 제3 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 전술한 제1 실시 예와 비교하여, 증발기(710)를 실내 열교환기(710)로 동일 도면부호 710에 대해 용어를 수정하여 설명하고, 냉매분지라인(910)과 냉매유량 조절밸브(920)를 더 구비한다. 본 실시 예에서 전술한 실시 예와 중복되는 구성은 설명을 생략한다.
냉매분지라인(910)은 제2 팽창수단(721)의 하류측 제2 냉매순환라인(702)에서 분지되어, 칠러(740) 측으로 유동하는 냉매의 적어도 일부를 실내 열교환기(710) 측으로 선택적으로 유동시킨다.
냉매유량 조절밸브(920)는 냉매분지라인(910) 측으로 유동하는 냉매의 양을 선택적으로 조절한다. 냉매유량 조절밸브(920)는 투웨이(2way)밸브 또는 쓰리웨이(3way)밸브로 구성될 수 있으며, 냉매분지라인(910) 상에 구비될 수 있다.
냉매분지라인(910)은 제2 팽창수단(721)과 압축기(700) 사이의 냉매라인과 실내 열교환기(710)의 전단을 연결된다. 더욱 상세하게는, 냉매분지라인(910)은 제2 팽창수단(721)과 칠러(740)의 사이에서 분지되고, 제1 팽창수단(720)과 실내 열교환기(710) 사이의 제1 냉매순환라인(701)에 연결된다. 수냉식 컨덴서(800)를 통과하여 제2 냉매순환라인(702)을 흐르는 냉매는 제2 팽창수단(721)을 지난 후 칠러(740)로 향하게 되며, 이 냉매 중 일부는 냉매유량 조절밸브(920)의 개폐 동작에 의해 칠러(740)로 흐르지 않고 제1 팽창수단(720)의 하류측으로 합류하여 실내 열교환기(710)로 흐른다.
제2 냉매순환라인(702)을 흐르는 냉매는 제2 팽창수단(721)을 지나면서 저압으로 팽창되며, 이 저압으로 팽창된 냉매가 냉매분지라인(910)을 통해 실내 열교환기(710)를 통과하면서 공조케이스(750) 내의 공기와 열교환하여 공기중의 수분을 실내 열교환기(710)의 표면에서 응축시킨다. 이로 인해, 차량 실내로 토출되는 공조 공기는 제습 효과가 발생한다.
이와 동시에 제2 팽창수단(721)을 지나면서 저압으로 팽창된 냉매는 칠러(740) 측으로 유동한다. 이 경우, 냉매유량 조절밸브(920)는 냉매분지라인(910)에 구비되어, 냉매가 항시 칠러(740) 측으로 유동하며 칠러(740)로 향하는 냉매 중 일부만이 냉매분지라인(910)을 통해 실내 열교환기(710) 측으로 유동하도록 한다.
즉, 제2 팽창수단(721)을 지난 냉매는 반드시 칠러(740) 측으로 유동하지만, 반드시 냉매분지라인(910)을 통해 실내 열교환기(710) 측으로 흐르는 것은 아니다. 냉매유량 조절밸브(920)는 완전히 폐쇄하여 제습 모드가 아닌 경우 냉매를 모두 칠러(740) 측으로만 흐르게 제어할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 냉매분지라인을 확대도시한 단면도이다. 도 11을 참조하면, 상기 냉매분지라인(910)은 제2 냉매순환라인(702)으로부터 상부 방향으로 연결된다. 이 경우, 상부 방향은 높이 방향이다. 따라서, 제습 모드 미사용 시, 제습 라인으로의 오일 트랩(Trap)을 방지할 수 있다.
도 12는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 냉방 모드를 도시한 것이다.
도 12를 참조하면, 냉방 모드 시, 방향전환밸브(781)의 제어에 의해 제1 냉매순환라인(701)을 따라 냉매가 순환된다. 최대 냉방시 공조케이스(750) 내의 온도조절도어(751)는 히터코어(760)를 통과하는 통로를 폐쇄하도록 작동하여, 블로어에 의해 공조케이스(750) 내로 송풍된 공기가 실내 열교환기(710)를 통과하면서 냉각된 후 히터코어(760)를 바이패스 하여 차실내로 공급됨으로써 차실내가 냉방된다.
압축기(700)에서 압축된 후 배출되는 고온 고압의 기상 냉매는 방향전환밸브(781)를 거쳐 실외 열교환기(730)로 공급된다. 실외 열교환기(730)로 공급된 냉매는 외기와 열교환하여 응축되며 기상 냉매가 액상 냉매로 바뀌게 된다. 계속해서, 실외 열교환기(730)를 통과한 냉매는 제1 팽창수단(720)을 통과하는 과정에서 감압 팽창되어 저온 저압의 액상냉매가 된 후 실내 열교환기(710)로 유입된다.
실내 열교환기(710)로 유입된 냉매는 블로어를 통해 공조케이스(750) 내부로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발함과 동시에 냉매의 증발 잠열에 의한 흡열 작용으로 공기를 냉각하게 되며, 이처럼 냉각된 공기가 차량 실내로 공급되어 냉방이 이루어진다. 이후, 실내 열교환기(710)에서 배출된 냉매는 어큐뮬레이터(770)를 거쳐 압축기(700)로 유입되면서 전술한 바와 같은 사이클을 반복한다.
이 경우, 엔진(761)을 통과한 냉각수는 수냉식 컨덴서(800), 가열수단(810), 히터코어(760)를 지나고 4방향 밸브(706)에 의해 칠러(740)를 지나 엔진(761)을 순환한다.
도 13은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 난방 히트펌프 모드를 도시한 것이다.
도 13을 참조하면, 냉각수 온도가 비교적 낮아 난방 히트펌프 모드를 수행하는 경우, 방향전환밸브(781)의 제어에 의해 제2 냉매순환라인(702)을 따라 냉매가 순환된다. 최대 난방시 공조케이스(750) 내의 온도조절도어(751)는 히터코어(760)를 바이패스하는 통로를 폐쇄하도록 작동하여, 블로어에 의해 공조케이스(750) 내로 송풍된 공기가 히터코어(760)를 통과하면서 온풍으로 바뀌어 차실내로 공급됨으로써 차실내가 난방된다.
압축기(700)에서 압축된 후 배출되는 고온 고압의 기상 냉매는 방향전환밸브(781)를 거쳐 수냉식 컨덴서(800)를 통과하면서 수냉식 컨덴서(800)를 지나는 냉각수를 가열한다. 수냉식 컨덴서(800)에서 응축된 냉매는 제2 팽창수단(721)을 지나 팽창한 후 칠러(740)를 지나 엔진 폐열을 회수한 후 압축기(700)로 다시 순환된다.
이 경우, 수냉식 컨덴서(800)에서 가열된 냉각수는 히터코어(760)를 지나 공기와 열교환함으로써 실내 난방을 수행하게 된다. 즉, 수냉식 컨덴서(800)를 지난 냉각수는 제2 냉각수라인(703,705)을 따라 히터코어(760)를 지나 4방향 밸브(706)에 의해 칠러(740) 및 엔진(761)을 바이패스하여 다시 수냉식 컨덴서(800)로 순환된다. 한편, 제1 냉각수라인(704)을 유동하는 냉가수는 엔진(761), 칠러(740), 엔진(761)을 순환한다. 상기에서, 제2 냉각수라인의 히터코어(760)는 발열부로 작용하며, 제1 냉각수라인의 칠러(740)는 흡열부로 작용한다.
도 14는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 난방 히트펌프 모드 및 제습 모드를 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, 방향전환밸브(781)의 제어에 의해 제2 냉매순환라인(702)을 따라 냉매가 순환된다. 최대 난방시 공조케이스(750) 내의 온도조절도어(751)는 히터코어(760)를 바이패스하는 통로를 폐쇄하도록 작동하여, 블로어에 의해 공조케이스(750) 내로 송풍된 공기가 히터코어(760)를 통과하면서 온풍으로 바뀌어 차실내로 공급됨으로써 차실내가 난방된다.
압축기(700)에서 압축된 후 배출되는 고온 고압의 기상 냉매는 방향전환밸브(781)를 거쳐 수냉식 컨덴서(800)를 통과하면서 수냉식 컨덴서(800)를 지나는 냉각수를 가열한다. 수냉식 컨덴서(800)에서 응축된 냉매는 제2 팽창수단(721)을 지나 팽창한 후 칠러(740)를 지나 엔진 폐열을 회수한 후 압축기(700)로 다시 순환된다.
이때, 칠러(740)로 흐르는 냉매 중 일부는 냉매유량 조절밸브(920)의 작동에 의해 냉매분지라인(910)으로 선택적으로 흘러 제1 팽창수단(720)과 실내 열교환기(710) 사이의 제1 냉매순환라인(701)으로 합류하여 실내 열교환기(710) 측으로 흐른다. 저압의 팽창된 냉매는 실내 열교환기(710)를 통과하면서 공조케이스(750) 내의 공기와 열교환하여 공기중의 수분을 실내 열교환기(710)의 표면에서 응축시킴에 따라 제습을 수행한다.
본 발명의 제3 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 수냉식 컨덴서를 통해 냉각수를 가열하여 난방 작용을 수행함과 동시에 실내 열교환기 측으로도 저온,저압의 냉매를 흘려 제습 작용을 함께 수행할 수 있게 된다. 이로 인해, 난방 모드의 작동 중에도 고전압 PTC 및 냉방 사이클의 구동(압축기 구동)없이 저압부의 냉매를 칠러와 실내 열교환기 측으로 분지 함으로써 공조 소모동력을 저감시킬 수 있다.
아울러, 냉매분지라인을 본 난방라인인 제2 냉매순환라인보다 위쪽으로 분지시켜 냉매 분지 방향을 항시 상부로 형성함에 따라, 냉매 라인을 순환하는 오일이 분지라인으로 고이는 현상을 방지할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 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.

Claims (23)

  1. 차량 구동품과 칠러(740)를 연결하여 냉각수를 순환하는 제1 냉각수라인(704);
    공조케이스(750) 내부에 구비되어 차실내 난방에 사용되는 히터코어(760)와 수냉식 컨덴서(800)를 연결하여 냉각수가 순환하는 제2 냉각수라인; 및
    상기 제1 냉각수라인(704)과 제2 냉각수라인 사이에 구비되는 밸브를 포함하고,
    상기 밸브가 제1 방식으로 배열되는 경우 제1 냉각수라인(704)과 제2 냉각수라인은 별개로 작동하며,
    상기 밸브가 제2 방식으로 배열되는 경우 제1 냉각수라인(704)과 제2 냉각수라인이 직렬로 연결되는 차량용 히트펌프 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    압축기(700), 실외 열교환기(730), 제1 팽창수단(720) 및 증발기(710)의 차실내 공조를 위한 냉매 라인이 구성되고,
    상기 제1 냉각수라인(704)의 칠러(740)와 제2 냉각수라인의 수냉식 컨덴서(800)는 냉매 라인과 열교환 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 칠러(740)는 압축기(700) 유입 전 냉매와 열교환 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 수냉식 컨덴서(800)는 압축기(700) 토출 냉매와 열교환 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 수냉식 컨덴서(800)는 냉각수의 유동 방향으로 히터코어(760)의 상류측 제2 냉각수라인에 구비되고, 압축기(700)에서 배출된 냉매와 제2 냉각수라인을 흐르는 냉각수를 열교환시키며,
    냉방 모드 시, 상기 압축기(700)에서 배출된 냉매가 실외 열교환기(730), 제1 팽창수단(720), 증발기(710), 압축기(700)를 순환하도록 냉매라인을 연결 구성하는 제1 냉매순환라인(701); 및
    난방 히트펌프 모드 시, 상기 압축기(700)에서 배출된 냉매가 수냉식 컨덴서(800), 칠러(740), 압축기(700)를 순환하도록 냉매라인을 연결 구성하는 제2 냉매순환라인(702)을 포함하는 차량용 히트펌프 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 냉각수라인(704)과 제2 냉각수라인을 연결시키는 4방향 밸브(706)를 구비하며, 상기 4방향 밸브(706)의 작동에 따라 히터코어(760)를 통과한 냉각수가 칠러(740) 및 엔진(761)을 통과하거나 바이패스하는 차량용 히트펌프 시스템.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 냉매순환라인(702)에는 수냉식 컨덴서(800)와 칠러(740)의 사이에 제2 팽창수단(721)이 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  8. 제1 항에 있어서,
    난방 냉각수 모드 시, 압축기(700)는 구동 정지되고, 상기 제2 냉각수라인은 제1 냉각수라인(704)에 연결되어 냉각수가 수냉식 컨덴서(800), 히터코어(760), 칠러(740), 엔진(761), 수냉식 컨덴서(800)를 순환하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  9. 제8 항에 있어서,
    난방 히트펌프 모드 시, 상기 압축기(700)에서 배출된 냉매가 수냉식 컨덴서(800), 칠러(740), 압축기(700)를 순환하고, 상기 제2 냉각수라인은 제1 냉각수라인(704)을 바이패스하여 냉각수가 수냉식 컨덴서(800), 히터코어(760), 수냉식 컨덴서(800)를 순환하며, 제1 냉각수라인(704)의 냉각수는 엔진(761), 칠러(740), 엔진(761)을 제2 냉각수라인에 대해 독립적으로 순환하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  10. 제9 항에 있어서,
    냉각수의 온도를 감지하는 냉각수온도 감지수단을 구비하고,
    냉각수의 온도가 기준 온도보다 낮은 경우 상기 난방 히트펌프 모드를 수행하며, 냉각수의 온도가 기준 온도보다 높은 경우 상기 난방 냉각수 모드를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 냉각수라인에는 냉각수를 가열시키는 가열수단(810)이 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 냉각수라인(704)에는 냉각수를 순환시키는 제1 워터펌프(707)가 구비되고, 상기 제2 냉각수라인에는 냉각수를 순환시키는 제2 워터펌프(708)가 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  13. 제5 항에 있어서,
    상기 압축기(700)의 출구 측에서 제1,2 냉매순환라인(701,702)이 분지되는 지점에, 냉방 모드 또는 난방 모드에 따라 압축기(700)에서 배출된 냉매가 제1 냉매순환라인(701) 또는 제2 냉매순환라인(702) 측으로 흐르도록 냉매 흐름 방향을 전환하는 제1 방향전환밸브(781)가 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 수냉식 컨덴서(800)의 상류측 제2 냉각수라인에서 분지되어 히터코어(760)의 하류측 제2 냉각수라인에 연결되는 제3 냉각수라인(850)이 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  15. 제14 항에 있어서,
    수냉식 컨덴서(800)의 상류측에서 제2 냉각수라인과 제3 냉각수라인(850)의 연결지점에 구비되는 제2 방향전환밸브(820) 및
    히터코어(760)의 하류측에서 제2 냉각수라인과 제3 냉각수라인(850)의 연결지점에 구비되는 제3 방향전환밸브(830)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  16. 제15 항에 있어서,
    냉각수의 온도가 기준 온도보다 낮은 경우, 히터코어(760)를 통과한 냉각수는 제3 방향전환밸브(830)에 의해 제3 냉각수라인(850)을 지나 제2 방향전환밸브(820)에 의해 수냉식 컨덴서(800), 히터코어(760)를 순환하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  17. 제15 항에 있어서,
    냉각수의 온도가 기준 온도보다 높은 경우, 엔진(761)을 통과한 냉각수는 제2 방향전환밸브(820)에 의해 제3 냉각수라인(850)을 바이패스하여 수냉식 컨덴서(800), 히터코어(760)를 지난 후 제3 방향전환밸브(830)에 의해 칠러(740), 엔진(761)을 순환하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  18. 제1 항에 있어서,
    냉매를 압축하여 배출하는 압축기(700);
    공조케이스(750)의 내부에 구비되어 공기와 냉매를 열교환시키는 실내 열교환기(710);
    공조케이스(750)의 외부에 설치되어 외기와 냉매를 열교환시키는 실외 열교환기(730);
    상기 실내 열교환기(710)와 실외 열교환기(730)의 사이에 구비되어 냉매를 팽창시키는 제1 팽창수단(720);
    상기 압축기(700)에서 배출된 냉매가 실외 열교환기(730), 제1 팽창수단(720), 실내 열교환기(710), 압축기(700)를 순환하도록 냉매라인을 연결 구성하는 제1 냉매순환라인(701); 및
    상기 압축기(700)에서 배출된 냉매가 수냉식 컨덴서(800), 칠러(740), 압축기(700)를 순환하도록 냉매라인을 연결 구성하는 제2 냉매순환라인(702)을 포함하며,
    상기 제2 냉매순환라인(702)의 냉매 일부가 제1 냉매순환라인(701)으로 분기하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 수냉식 컨덴서(800)와 칠러(740) 사이의 제2 냉매순환라인(702)에 구비되어 냉매를 팽창시키는 제2 팽창수단(721)을 포함하며,
    상기 제2 팽창수단(721)의 하류측 제2 냉매순환라인(702)에서 분지되어 상기 칠러(740) 측으로 유동하는 냉매의 적어도 일부를 실내 열교환기(710) 측으로 유동시키는 냉매분지라인(910)을 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 냉매분지라인(910)은 제2 팽창수단(721)과 압축기(700) 사이의 냉매라인과 실내 열교환기(710)의 전단을 연결하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  21. 제19 항에 있어서,
    상기 냉매분지라인(910)은 제2 팽창수단(721)과 칠러(740)의 사이에서 분지되고, 제1 팽창수단(720)과 실내 열교환기(710) 사이의 제1 냉매순환라인(701)에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  22. 제19 항에 있어서,
    상기 냉매분지라인(910)은 제2 냉매순환라인(702)으로부터 상부 방향으로 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  23. 제19 항에 있어서,
    제습 모드 시, 상기 압축기(700)에서 배출되어 수냉식 컨덴서(800), 제2 팽창수단(721)을 지나 칠러(740)로 흐르는 냉매 중 일부가 냉매분지라인(910)으로 선택적으로 흘러 실내 열교환기(710)를 통과하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
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