KR101340472B1 - Heat pump system for vehicle - Google Patents
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Abstract
본 발명은 차량용 히트 펌프 시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 냉매순환라인상에 바이패스라인 및 분기라인을 설치한 히트 펌프 시스템에서, 상기 냉매순환라인을 유동하는 냉매를 팽창시키는 팽창밸브 기능과 상기 분기라인을 개폐하는 개폐밸브 기능을 수행하도록 복합밸브장치를 설치함으로써, 하나의 복합밸브장치에서 팽창밸브 기능, 개폐밸브 기능을 동시에 수행할 수 있게 되어, 냉매라인을 간소화함은 물론 히트 펌프 시스템의 컴팩트화가 가능하고, 이로인해 협소한 차량 엔진룸의 공간을 확보할 수 있는 차량용 히트 펌프 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a vehicle heat pump system, and more particularly, in a heat pump system having a bypass line and a branch line installed on a refrigerant circulation line, an expansion valve function for expanding a refrigerant flowing through the refrigerant circulation line; By installing the combined valve device to perform the on-off valve function to open and close the branch line, it is possible to simultaneously perform the expansion valve function and the open / close valve function in one composite valve device, simplifying the refrigerant line as well as the heat pump system The present invention relates to a vehicle heat pump system capable of compacting, thereby securing a space in a narrow vehicle engine room.
Description
본 발명은 차량용 히트 펌프 시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 냉매순환라인상에 바이패스라인 및 분기라인을 설치한 히트 펌프 시스템에서, 상기 냉매순환라인을 유동하는 냉매를 팽창시키는 팽창밸브 기능과 상기 분기라인을 개폐하는 개폐밸브 기능을 수행하도록 복합밸브장치를 설치함으로써, 하나의 복합밸브장치에서 팽창밸브 기능, 개폐밸브 기능을 동시에 수행할 수 있게 되어, 냉매라인을 간소화함은 물론 히트 펌프 시스템의 컴팩트화가 가능하고, 이로인해 협소한 차량 엔진룸의 공간을 확보할 수 있는 차량용 히트 펌프 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a vehicle heat pump system, and more particularly, in a heat pump system having a bypass line and a branch line installed on a refrigerant circulation line, an expansion valve function for expanding a refrigerant flowing through the refrigerant circulation line; By installing the combined valve device to perform the on-off valve function to open and close the branch line, it is possible to simultaneously perform the expansion valve function and the open / close valve function in one composite valve device, simplifying the refrigerant line as well as the heat pump system The present invention relates to a vehicle heat pump system capable of compacting, thereby securing a space in a narrow vehicle engine room.
차량용 공조장치는, 통상적으로 차량의 실내를 냉방하기 위한 냉방시스템과, 차량의 실내를 난방하기 위한 난방시스템을 포함하여 이루어진다. 상기 냉방시스템은, 냉매사이클의 증발기측에서 증발기의 외부를 거치는 공기를 증발기 내부를 흐르는 냉매와 열교환시켜 냉기로 바꾸어, 차량 실내를 냉방하도록 구성되고, 상기 난방시스템은 냉각수 사이클의 히터코어측에서 히터코어 외부를 거치는 공기를 히터코어 내부를 흐르는 냉각수와 열교환시켜 온기로 바꾸어, 차량 실내를 난방하도록 구성된다.Background Art [0002] A vehicle air conditioner generally includes a cooling system for cooling the interior of a vehicle and a heating system for heating the interior of the vehicle. Wherein the cooling system is configured to cool air in the vehicle interior by exchanging air passing through the outside of the evaporator at the evaporator side of the refrigerant cycle with the refrigerant flowing in the evaporator to convert into cool air, The air passing through the outside of the core is exchanged with the cooling water flowing in the inside of the heater core to warm the inside of the vehicle.
한편, 상기한 차량용 공조장치와는 다른 것으로, 하나의 냉매사이클을 이용하여 냉매의 유동방향을 전환함으로써, 냉방과 난방을 선택적으로 수행할 수 있는 히트펌프 시스템이 적용되고 있는데, 예컨대 2개의 열교환기(즉, 공조케이스 내부에 설치되어 차량 실내로 송풍되는 공기와 열교환하기 위한 실내 열교환기와, 공조케이스 외부에서 열교환하기 위한 실외 열교환기)와, 냉매의 유동방향을 전환할 수 있는 방향조절밸브를 구비한다. 따라서, 방향조절밸브에 의한 냉매의 유동방향에 따라 냉방모드가 가동될 경우에는 상기 실내 열교환기가 냉방용 열교환기의 역할을 하게 되며, 난방모드가 가동될 경우에는 상기 실내 열교환기가 난방용 열교환기의 역할을 하게 된다.A heat pump system which can selectively perform cooling and heating by switching the flow direction of refrigerant by using one refrigerant cycle is different from the above vehicle air conditioning system. For example, two heat exchangers (That is, an indoor heat exchanger installed inside the air conditioner case for exchanging heat with air blown into the vehicle interior, and an outdoor heat exchanger for exchanging heat outside the air conditioner case), and a direction control valve for switching the flow direction of the refrigerant do. Therefore, when the cooling mode is operated according to the flow direction of the refrigerant by the direction control valve, the indoor heat exchanger functions as a cooling heat exchanger. When the heating mode is activated, the indoor heat exchanger functions as a heating heat exchanger .
이러한 차량용 히트펌프 시스템으로 다양한 종류가 제안되고 있는데, 그 대표적인 일예가 도 1에 도시되어 있다.Various kinds of such a heat pump system for vehicles have been proposed, and a representative example thereof is shown in Fig.
도 1에 도시된 차량용 히트펌프 시스템은, 냉매를 압축하고 토출하는 압축기(30)와, 상기 압축기(30)로부터 토출되는 냉매를 방열시키는 고압측 열교환기(32)와, 병렬구조로 설치되어 상기 고압측 열교환기(32)를 통과한 냉매를 선택적으로 통과시키는 제1팽창밸브(34) 및 제1개폐 밸브(36)와, 상기 제1팽창밸브(34) 또는 제1개폐 밸브(36)를 통과한 냉매를 실외에서 열교환시키는 실외기(48)와, 상기 실외기(48)를 통과한 냉매를 증발시키는 저압측 열교환기(60)와, 상기 저압측 열교환기(60)를 통과한 냉매를 기상과 액상의 냉매로 분리하는 어큐뮬레이터(Accumulator, 62)와, 상기 저압측 열교환기(60)로 공급되는 냉매와, 압축기(30)로 복귀하는 냉매를 열교환시키는 내부열교환기(50)와, 상기 저압측 열교환기(60)로 공급되는 냉매를 선택적으로 팽창시키는 제2팽창밸브(56)와, 그리고 상기 제2팽창밸브(56) 및 저압측 열교환기(60)에 대해 병렬로 설치됨과 아울러 상기 실외기(48)의 출구측과 상기 어큐뮬레이터(62)의 입구측을 연결하는 바이패스라인(58a) 및 상기 바이패스라인(58a)을 개폐하는 제2개폐 밸브(58)를 포함하여 이루어진다.The vehicle heat pump system shown in FIG. 1 includes a
도 1 중 도면부호 10은 상기 고압측 열교환기(32)와 저압측 열교환기(60)가 내장되는 공조케이스, 도면부호 12는 냉기와 온기의 혼합량을 조절하는 온도조절도어, 도면부호 20은 상기 공조케이스의 입구에 설치되는 송풍기를 각각 나타낸다.1,
상기한 바와 같이 구성된 종래 차량용 히트펌프 시스템에 따르면, 히트펌프 모드(난방모드)가 가동될 경우에는, 제1개폐 밸브(36) 및 제2팽창밸브(56)는 닫히고, 제1팽창밸브(34) 및 제2개폐 밸브(58)는 개방된다. 또한, 온도조절도어(12)는 도 1처럼 동작한다. 따라서, 압축기(30)로부터 토출되는 냉매는 고압측 열교환기(32), 제1팽창밸브(34), 실외기(48), 내부열교환기(50)의 고압부(52), 제2개폐 밸브(58), 어큐뮬레이터(62) 및 상기 내부열교환기(50)의 저압부(54)를 차례로 거쳐 압축기(30)로 복귀한다. 즉, 상기 고압측 열교환기(32)가 난방기의 역할을 하게 되고, 상기 실외기(48)는 증발기의 역할을 하게 된다.The first opening and
에어컨 모드(냉방모드)가 가동될 경우에는, 제1개폐 밸브(36) 및 제2팽창밸브(56)는 개방되고, 제1팽창밸브(34) 및 제2개폐 밸브(58)는 닫히게 된다. 또한, 온도조절도어(12)는 고압측 열교환기(32) 통로를 폐쇄하게 된다. 따라서, 압축기(30)로부터 토출되는 냉매는 고압측 열교환기(32), 제1개폐밸브(36), 실외기(48), 내부열교환기(50)의 고압부(52), 제2팽창밸브(56), 저압측 열교환기(60), 어큐뮬레이터(62) 및 상기 내부열교환기(50)의 저압부(54)를 차례로 거쳐 압축기(30)로 복귀한다. 즉, 상기 저압측 열교환기(60)가 증발기의 역할을 하게 되고, 상기 온도조절도어(12)에 의해 폐쇄된 상기 고압측 열교환기(32)는 히트펌프 모드시와 동일하게 난방기의 역할을 하게 된다.When the air conditioning mode (cooling mode) is activated, the first opening /
그리고, 상기한 차량용 히트펌프 시스템에는 순환하는 냉매를 바이패스시키는 바이패스라인(58a) 뿐만아니라, 도면에는 도시하지 않았지만 순환하는 냉매를 일정량 분기하여 특정부위로 공급하는 분기라인이 설치되고, 또한 상기 냉매가 유동하는 라인상에는 냉매의 유동방향을 전환하는 삼방밸브(미도시), 냉매의 유동을 개폐하는 개폐밸브(36,58), 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(34,56)가 설치된다.The vehicle heat pump system is provided with not only a
그러나, 종래의 차량용 히트펌프 시스템은, 상기 바이패스라인(58a), 분기라인과 같은 배관과, 삼방밸브와 개폐밸브(36,58) 및 팽창밸브(34,56)가 차량의 협소한 엔진룸내에 밀집해서 배치됨에 따라 냉매라인(배관)의 구조가 복잡해짐은 물론 각각의 밸브가 개별적으로 설치되어 히트 펌프 시스템이 많은 공간을 차지하는 문제가 있었다.However, in the conventional vehicle heat pump system, a pipe such as the
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 냉매순환라인상에 바이패스라인 및 분기라인을 설치한 히트 펌프 시스템에서, 상기 냉매순환라인을 유동하는 냉매를 팽창시키는 팽창밸브 기능과 상기 분기라인을 개폐하는 개폐밸브 기능을 수행하도록 복합밸브장치를 설치함으로써, 하나의 복합밸브장치에서 팽창밸브 기능, 개폐밸브 기능을 동시에 수행할 수 있게 되어, 냉매라인을 간소화함은 물론 히트 펌프 시스템의 컴팩트화가 가능하고, 이로인해 협소한 차량 엔진룸의 공간을 확보할 수 있는 차량용 히트 펌프 시스템을 제공하는데 있다.An object of the present invention for solving the above problems is an expansion valve function and the branch line to expand the refrigerant flowing through the refrigerant circulation line in a heat pump system provided with a bypass line and a branch line on the refrigerant circulation line. By installing the combined valve device to perform the opening / closing valve function, the expansion valve function and the opening / closing valve function can be simultaneously performed in one composite valve device, thereby simplifying the refrigerant line and making the heat pump system compact. Accordingly, the present invention provides a vehicle heat pump system capable of securing a space in a narrow vehicle engine room.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 압축기, 실내열교환기, 실외열교환기, 팽창수단, 증발기를 포함하는 각각의 기기가 설치된 냉매순환라인과, 상기 냉매순환라인의 특정구간에 설치됨과 아울러 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 냉매순환라인을 따라 유동하는 냉매가 상기 특정 기기를 바이패스하도록 하는 바이패스라인과, 상기 바이패스라인과 상기 냉매순환라인을 따라 각각 유동하는 냉매를 일정량 분기하여 특정 기기측으로 공급하도록 하는 분기라인을 포함하여 이루어진 차량용 히트 펌프 시스템에 있어서, 상기 냉매순환라인을 유동하는 냉매를 팽창시키는 팽창밸브부와, 상기 분기라인을 개폐하는 개폐밸브부를 포함하여 이루어진 복합밸브장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a refrigerant circulation line in which each device including a compressor, an indoor heat exchanger, an outdoor heat exchanger, an expansion unit, and an evaporator is installed, and a specific section of the refrigerant circulation line, A bypass line for allowing the refrigerant flowing along the refrigerant circulation line to bypass the specific device according to a mode or a heat pump mode, and by branching a predetermined amount of the refrigerant flowing along the bypass line and the refrigerant circulation line, respectively. In the vehicle heat pump system comprising a branch line for supplying to the device side, A composite valve device comprising an expansion valve unit for expanding the refrigerant flowing through the refrigerant circulation line, and an on-off valve unit for opening and closing the branch line It is characterized by including.
본 발명은, 냉매순환라인상에 바이패스라인 및 분기라인을 설치한 히트 펌프 시스템에서, 상기 냉매순환라인을 유동하는 냉매를 팽창시키는 팽창밸브 기능과 상기 분기라인을 개폐하는 개폐밸브 기능을 수행하도록 복합밸브장치를 설치함으로써, 하나의 복합밸브장치에서 팽창밸브 기능, 개폐밸브 기능을 동시에 수행할 수 있게 되어, 냉매라인(배관)을 간소화함은 물론 히트 펌프 시스템의 컴팩트화가 가능하고, 이로인해 협소한 차량 엔진룸의 공간을 확보할 수 있다.The present invention provides a heat pump system in which a bypass line and a branch line are installed on a refrigerant circulation line to perform an expansion valve function for expanding a refrigerant flowing through the refrigerant circulation line and an on / off valve function for opening and closing the branch line. By installing the combined valve device, it is possible to simultaneously perform the expansion valve function and the open / close valve function in a single composite valve device, which simplifies the refrigerant line (piping) and makes the heat pump system compact. Space can be reserved for a vehicle engine room.
또한, 상기 복합밸브장치에 냉매순환통로, 분기통로를 형성하고, 상기 냉매순환통로내의 팽창통로측에는 냉매 팽창을 위한 팽창밸브를 설치하며, 상기 분기통로상에는 개폐밸브를 설치함으로써, 상기 팽창밸브와 상기 개폐밸브의 제어를 통해 히트펌프 모드를 최대난방 모드, 난방모드, 제습모드, 제상모드와 같이 다양화 할 수 있고, 이로인해 히트펌프 시스템의 효율을 향상시켜 난방성능 향상 및 난방성능을 유지할 수 있고, 전기 가열식 히터의 작동을 최소화하여 차량의 주행거리도 증대시킬 수 있다.In addition, a refrigerant circulation passage and a branch passage are formed in the composite valve device, an expansion valve for expanding the refrigerant is provided on the expansion passage side in the refrigerant circulation passage, and an opening / closing valve is provided on the branch passage, thereby providing the expansion valve and the Through the control of the on / off valve, the heat pump mode can be diversified like the maximum heating mode, heating mode, dehumidification mode, and defrost mode, thereby improving the efficiency of the heat pump system and improving heating performance and maintaining heating performance. In addition, the mileage of the vehicle can be increased by minimizing the operation of the electric heater.
도 1은 종래의 차량용 히트 펌프 시스템을 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 에어컨 모드를 나타내는 구성도,
도 3은 도 2에서 복합밸브장치를 나타내는 단면도,
도 4은 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 히트펌프 모드 작동 중 제1난방모드를 나타내는 구성도,
도 5는 도 4에서 복합밸브장치를 나타내는 단면도,
도 6는 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 히트펌프 모드 작동 중 제2난방모드를 나타내는 구성도,
도 7은 도 6에서 복합밸브장치를 나타내는 단면도,
도 8는 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 히트펌프 모드 작동 중 제습모드를 나타내는 구성도,
도 9은 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 히트펌프 모드 작동 중 제상모드를 나타내는 구성도,
도 10은 도 9에서 복합밸브장치를 나타내는 단면도이다.1 is a schematic view showing a conventional heat pump system for a vehicle,
FIG. 2 is a view showing an air conditioning mode of a heat pump system for a vehicle according to the present invention,
3 is a cross-sectional view showing a composite valve device in FIG.
4 is a block diagram showing a first heating mode during the heat pump mode operation of the vehicle heat pump system according to the present invention,
5 is a cross-sectional view showing a composite valve device in FIG.
Figure 6 is a block diagram showing a second heating mode during the heat pump mode operation of the vehicle heat pump system according to the present invention,
7 is a cross-sectional view showing a composite valve device in FIG.
8 is a block diagram showing a dehumidification mode of the heat pump mode operation of the vehicle heat pump system according to the present invention,
9 is a block diagram showing a defrost mode of the heat pump mode operation of the vehicle heat pump system according to the present invention,
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating the combined valve device of FIG. 9. FIG.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템은, 에어컨 시스템의 냉매순환라인(R)상에 압축기(100)와, 실내열교환기(110)와, 실외열교환기(130)와, 팽창수단과, 증발기(160)를 포함하는 각각의 기기가 설치되어 구성되는 것으로서, 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에 적용되는 것이 바람직하다.The vehicle heat pump system according to the present invention includes a
또한, 상기 냉매순환라인(R)의 특정구간에는 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 냉매순환라인(R)을 따라 유동하는 냉매가 상기 특정 기기를 바이패스하도록 하는 바이패스라인(R1,R4)과, 상기 바이패스라인(R1)과 상기 냉매순환라인(R)을 따라 각각 유동하는 냉매를 일정량 분기하여 특정 기기측으로 공급하도록 하는 분기라인(R2)이 설치된다.In addition, bypass lines R1 and R4 for allowing a refrigerant flowing along the refrigerant circulation line R to bypass the specific device in a specific section of the refrigerant circulation line R according to an air conditioner mode or a heat pump mode. And a branch line R2 for branching a predetermined amount of refrigerant flowing along the bypass line R1 and the refrigerant circulation line R to a specific device.
여기서, 상기 바이패스 라인(R1,R4)은, 상기 증발기(160)를 바이패스하는 제1바이패스라인(R1)과, 실외열교환기(130)를 바이패스하는 제2바이패스라인(R4)으로 구성되고, 상기 제1,2바이패스라인(R1,R4)은 각각 상기 냉매순환라인(R)에 대해 병렬로 연결 설치된다.Here, the bypass lines R1 and R4 may include a first bypass line R1 for bypassing the
또한, 상기 팽창수단은, 두 지점에 설치되는데, 하나의 팽창수단(120)은 상기 실내열교환기(110)와 실외열교환기(130)를 연결하는 냉매순환라인상에 병렬로 연결된 팽창라인(R3)측에 설치되고, 다른 하나의 팽창수단은 상기 증발기(160)의 입구측 냉매순환라인(R)상에 설치되는데, 이때 상기 증발기(160)의 입구측 냉매순환라인(R)상에 설치되는 팽창수단은 후술하는 복합밸브장치(300)의 팽창밸브(320)이다.In addition, the expansion means is installed at two points, one expansion means 120 is an expansion line (R3) connected in parallel on the refrigerant circulation line connecting the
그리고, 상기 제2바이패스라인(R4)의 분기지점에는 제1삼방밸브(191)가 설치되고, 상기 팽창라인(R3)의 분기지점에는 상기 제2삼방밸브(192)가 설치되며, 이때 상기 제1바이패스라인(R1)의 분기지점에도 냉매 유동방향을 전환하는 삼방밸브(193)가 설치된다.The first three-
아울러, 상기 제1바이패스라인(R1)과 상기 증발기(160)의 입구측 냉매순환라인(R)을 연결하도록 분기라인(R2)이 설치되는데, 상기 분기라인(R2)은 상기 복합밸브장치(300)내의 냉매순환통로(311)와 상기 바이패스라인(제1바이패스라인(R1))을 연통시키는 분기통로(313)에 의해 구성되며, 상기 분기통로(313)상에는 개폐밸브(330)가 설치된다.In addition, a branch line (R2) is provided to connect the first bypass line (R1) and the inlet refrigerant circulation line (R) of the
따라서, 에어컨 모드시에는, 도 2와 같이 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 실내열교환기(110), 실외열교환기(130), 삼방밸브(193), 복합밸브장치(300)의 팽창밸브(320), 증발기(160), 압축기(100)를 순차적으로 순환하게 되며, 이때, 상기 실내열교환기(110)는 응축기(난방기) 역할을 수행하게 된다.Accordingly, in the air conditioner mode, as shown in FIG. 2, the refrigerant discharged from the
한편, 상기 실외열교환기(130)는 상기 실내열교환기(110)와 같은 응축기 역할을 하게 된다.Meanwhile, the
히트펌프 모드시(제1난방모드시)에는, 도 4와 같이 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 실내열교환기(110), 팽창수단(120), 실외열교환기(130), 삼방밸브(193), 제1바이패스라인(R1), 압축기(100)를 순차적으로 순환하게 되며, 이때, 상기 실내열교환기(110)는 응축기(난방기) 역할을 수행하고 상기 실외열교환기(130)는 증발기(160) 역할을 수행하며, 상기 증발기(160)로는 냉매 공급이 되지 않는다.In the heat pump mode (first heating mode), the refrigerant discharged from the
이처럼, 본 발명의 히트펌프 시스템은, 에어컨 모드 및 히트펌프 모드시 냉매 순환방향이 동일함과 아울러 상기 제1,2바이패스라인(R1,R4) 및 팽창라인(R3)을 제외하고는 냉매순환라인(R)의 모든 구간을 공용화함으로써, 냉매가 흐르지 않을 때 발생하는 냉매 정체현상을 방지하고, 전체 냉매순환라인(R)도 단순화 할 수 있다.As described above, the heat pump system of the present invention has the same refrigerant circulation direction in the air conditioner mode and the heat pump mode, and the refrigerant circulation except for the first and second bypass lines R1 and R4 and the expansion line R3. By sharing all the sections of the line R, it is possible to prevent the refrigerant congestion that occurs when the refrigerant does not flow, and to simplify the entire refrigerant circulation line (R).
그리고, 본 발명에서는, 상기 히트펌프 모드를 실외온도나 열부하 또는 목적에 따라 제1난방모드, 제2난방모드, 제습모드, 제상모드와 같이 다양화하고 있는데,In the present invention, the heat pump mode is diversified as the first heating mode, the second heating mode, the dehumidifying mode, and the defrosting mode depending on the outdoor temperature, the heat load, or the purpose.
이때, 미도시된 제어부는, 실외온도가 기준온도 이상이면 히트펌프 모드 작동 중 제1난방모드 또는 제습모드 또는 제상모드를 수행하고, 실외온도가 기준온도 미만이면 히트펌프 모드 작동 중 제2난방모드를 수행하게 된다.At this time, the controller not shown performs the first heating mode or the dehumidification mode or the defrost mode during the heat pump mode operation when the outdoor temperature is higher than the reference temperature, and the second heating mode during the heat pump mode operation when the outdoor temperature is lower than the reference temperature. Will be performed.
여기서, 히트펌프 모드 작동 중 제1난방모드 또는 제습모드 또는 제상모드를 수행하는 실외온도의 기준온도는 0℃ 이상(영상)이고, 히트펌프 모드 작동 중 제2난방모드를 수행하는 실외온도의 기준온도는 0℃ 미만(영하)이다.Here, the reference temperature of the outdoor temperature for performing the first heating mode, the dehumidification mode or the defrost mode during the heat pump mode operation is 0 ℃ or more (image), the reference of the outdoor temperature for performing the second heating mode during the heat pump mode operation The temperature is below 0 ° C. (subzero).
물론, 상기 실외온도의 기준온도가 0℃로 한정 되는 것은 아니고, 목적에 따라 변경 가능하다.Of course, the reference temperature of the outdoor temperature is not limited to 0 占 폚, but may be changed according to the purpose.
한편, 상기 각 모드별로 냉매 순환경로를 간략히 설명하면 다음과 같다.The refrigerant circulation path for each mode will be briefly described as follows.
상기 제1난방모드는, 도 4와 같이, 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 상기 실내열교환기(110)와 팽창수단(120) 및 실외열교환기(130)를 통과한 후 상기 삼방밸브(193)에서 유동방향이 변경되어 제1바이패스라인(R1)으로 유입되고, 상기 제1바이패스라인(R1)으로 유입된 냉매는 상기 열공급수단(180)을 거쳐 상기 압축기(100)로 순환하도록 이루어진다.In the first heating mode, as shown in FIG. 4, after the refrigerant discharged from the
상기 제습모드는, 도 8과 같이, 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 상기 실내열교환기(110)와 팽창수단(120) 및 실외열교환기(130)를 통과한 후, 상기 삼방밸브(193)에서 유동방향이 변경되어 제1바이패스라인(R1)을 향하게 되고, 상기 제1바이패스라인(R1)을 향하는 냉매 중 일부는 상기 제1바이패스라인(R1)의 열공급수단(180)을 거쳐 압축기(100)로 순환하고, 일부는 상기 분기라인(R2)인 복합밸브장치(300)의 분기통로(313)를 통해 상기 증발기(160)를 거쳐 압축기(100)로 순환하도록 이루어진다.In the dehumidification mode, as shown in FIG. 8, after the refrigerant discharged from the
상기 제상모드는, 도 9와 같이, 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 상기 실내열교환기(110)와 실외열교환기(130)를 통과한 후 상기 복합밸브장치(300)의 냉매순환통로(311)로 유입되어 팽창밸브(320)에 의해 팽창되고, 상기 팽창밸브(320)에서 팽창되어 냉매순환통로(311)를 유동하는 냉매 중 일부는 상기 증발기(160)를 거쳐 압축기(100)로 순환하고, 일부는 상기 분기라인(R2)인 복합밸브장치(300)의 분기통로(313)를 통해 상기 제1바이패스라인(R1)의 열공급수단(180)을 거쳐 압축기(100)로 순환하도록 이루어진다.In the defrost mode, as shown in FIG. 9, after the refrigerant discharged from the
상기 제2난방모드는, 도 6과 같이, 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 상기 실내열교환기(110)와 팽창수단(120)을 통과한 후 상기 제2바이패스라인(R4)으로 유동하여 상기 실외열교환기(130)를 바이패스하게 되고, 상기 제2바이패스라인(R4)을 통과한 냉매는 상기 삼방밸브(193)에서 유동방향이 변경되어 제1바이패스라인(R1)을 향하게 되고, 상기 제1바이패스라인(R1)을 향하는 냉매 중 일부는 상기 제1바이패스라인(R1)의 열공급수단(180)을 거쳐 압축기(100)로 순환하고, 일부는 상기 분기라인(R2)인 복합밸브장치(300)의 분기통로(313)를 통해 상기 증발기(160)를 거쳐 압축기(100)로 순환하도록 이루어진다.In the second heating mode, as shown in FIG. 6, the refrigerant discharged from the
그리고, 상기 냉매순환라인(R)상에 설치된 압축기(100)는 엔진(내연기관 또는 모터 등)으로부터 동력을 전달받아 구동하면서 냉매를 흡입하여 압축한 후 고온 고압의 기체 상태로 배출하게 된다.In addition, the
상기 압축기(100)는, 에어컨 모드시 상기 증발기(160)측에서 배출된 냉매를 흡입,압축하여 실내열교환기(110)측으로 공급하게 되고, 히트펌프 모드시에는 상기 실외열교환기(130)측에서 배출되어 제1바이패스라인(R1)을 통과한 냉매를 흡입,압축하여 실내열교환기(110)측으로 공급하게 된다.The
아울러, 히트펌프 모드 작동 중 제2난방모드나 제습모드 또는 제상모드시에는, 후술하는 복합밸브장치(300)의 분기통로(313)를 통해 제1바이패스라인(R1)과 증발기(160)로 동시에 냉매가 공급되므로, 이 경우 상기 압축기(100)는 상기 제1바이패스라인(R1)과 증발기(160)를 통과한 후 합류된 냉매를 흡입,압축하여 실내열교환기(110)측으로 공급하게 된다.In addition, in the second heating mode, the dehumidification mode, or the defrost mode during the heat pump mode operation, the first bypass line R1 and the
참고로, 히트펌프 모드 작동 중 제2난방모드는 실외온도가 영하일 때 작동하는 모드로서 제1난방모드 대비 난방성능이 낮다.For reference, the second heating mode during the heat pump mode operation is a mode that operates when the outdoor temperature is below zero, and the heating performance is lower than the first heating mode.
상기 실내열교환기(110)는, 공조케이스(150)의 내부에 설치됨과 아울러 상기 압축기(100)의 출구측 냉매순환라인(R)과 연결되어, 상기 공조케이스(150)내를 유동하는 공기와 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매를 열교환시키게 된다.The
또한, 상기 증발기(160)는, 공조케이스(150)의 내부에 설치됨과 아울러 상기 압축기(100)의 입구측 냉매순환라인(R)과 연결되어, 상기 공조케이스(150)내를 유동하는 공기와 상기 압축기(100)로 공급되는 냉매를 열교환시키게 된다.The
상기 실내열교환기(110)는, 에어컨 모드 및 히트펌프 모드시 모두 응축기(난방기) 역할을 하게 되고,The
상기 증발기(160)는, 에어컨 모드시 증발기 역할을 하고, 히트펌프 모드 작동 중 제1난방모드시에는 냉매 공급이 되지 않아 작동 정지되며, 제2난방모드와 제습모드 및 제상모드시에는 냉매가 일부 공급되어 증발기 역할을 수행하게 된다.The
이때, 히트펌프 모드 작동 중 제2난방모드와 제습모드 및 제상모드시 상기 증발기(160)의 성능은 에어컨 모드시의 증발기(160) 성능 보다 저하된다.At this time, the performance of the
또한, 상기 실내열교환기(110) 및 증발기(160)는, 상기 공조케이스(150)의 내부에 서로 일정간격 이격되어 설치되되, 상기 공조케이스(150)내의 공기유동방향 상류측에서부터 상기 증발기(160)와 실내열교환기(110)가 순차적으로 설치된다.The
따라서, 상기 증발기(160)가 증발기 역할을 수행하는 에어컨 모드시에는 도 2와 같이, 상기 복합밸브장치(300)의 팽창밸브(320)를 통해 팽창된 저온 저압의 냉매가 상기 증발기(160)로 공급되고, 이때 블로어(미도시)를 통해 공조케이스(150)의 내부를 유동하는 공기가 상기 증발기(160)를 통과하는 과정에서 증발기(160) 내부의 저온 저압의 냉매와 열교환하여 냉풍으로 바뀐 뒤, 차량 실내로 토출되어 차실내를 냉방하게 된다.Therefore, in the air conditioner mode in which the
상기 실내열교환기(110)가 응축기(난방기) 역할을 수행하는 히트펌프 모드시(제1난방모드시)에는 도 4와 같이, 상기 압축기(100)에서 배출된 고온 고압의 냉매가 상기 실내열교환기(110)로 공급되고, 이때 블로어(미도시)를 통해 공조케이스(150)의 내부를 유동하는 공기가 상기 실내열교환기(110)를 통과하는 과정에서 실내열교환기(110) 내부의 고온 고압의 냉매와 열교환하여 온풍으로 바뀐 뒤, 차량 실내로 토출되어 차실내를 난방하게 된다.4, the high-temperature and high-pressure refrigerant discharged from the
한편, 상기 증발기(160)의 크기는, 상기 실내열교환기(110)의 크기 보다 더 큰 것이 바람직하다.The size of the
또한, 상기 공조케이스(150) 내부의 실내열교환기(110) 하류측에는 난방성능을 향상할 수 있도록 전기 가열식 히터(115)가 더 설치된다.An
즉, 차량의 시동 초기에 보조열원으로 상기 전기 가열식 히터(115)를 작동시킴으로써 난방성능을 향상시킬 수 있다. 물론 상기 전기 가열식 히터(115)는 시동 초기 뿐만 아니라 히트펌프 모드 작동 중에 보조 난방역할을 할 수 도 있다.That is, the heating performance can be improved by operating the
상기 전기 가열식 히터(115)로는 PTC히터를 사용하는 것이 바람직하다.As the
그리고, 상기 공조케이스(150)의 내부에서 상기 증발기(160)와 상기 실내열교환기(110)의 사이에는, 상기 실내열교환기(110)를 바이패스하는 공기의 양과 통과하는 공기의 양을 조절하는 온도조절도어(151)가 설치된다.The amount of air passing through the
상기 온도조절도어(151)는, 상기 실내열교환기(110)를 바이패스하는 공기의 양과 실내열교환기(110)를 통과하는 공기의 양을 조절하여 상기 공조케이스(150)에서 토출되는 공기의 온도를 적절하게 조절할 수 있는데,The
이때, 에어컨 모드시 도 2와 같이 상기 온도조절도어(151)를 통해 상기 실내열교환기(110)의 전방측 통로를 완전히 폐쇄하게 되면, 증발기(160)를 통과한 냉풍이 실내열교환기(110)를 바이패스하여 차실내로 공급되므로 최대 냉방이 수행되고, 히트펌프 모드시(제1난방모드시)에는 도 4와 같이 상기 온도조절도어(151)를 통해 상기 실내열교환기(110)를 바이패스하는 통로를 완전히 폐쇄하게 되면, 모든 공기가 응축기(난방기) 역할을 하는 실내열교환기(110)를 통과하면서 온풍으로 바뀌게 되고 이 온풍이 차실내로 공급되므로 최대 난방이 수행된다.In this case, when the air conditioner mode completely closes the front side passage of the
한편, 상기 온도조절도어(151)의 위치를 조절하면 차실내로 토출되는 공기의 온도를 적절하게 조절할 수 있는데, 일예로 에어컨 모드시, 상기 온도조절도어(151)를 작동시켜 상기 실내열교환기(110)를 바이패스하는 통로와 통과하는 통로를 모두 개방하게 되면, 상기 증발기(160)를 통과한 냉풍 중 일부는 실내열교환기(110)를 바이패스 하고 일부는 실내열교환기(110)를 통과하면서 온풍으로 바뀌게 된다. 이후, 상기 냉풍과 온풍이 혼합되어 차실내를 적절한 온도로 제어하게 되며, 아울러 증발기 역할을 하는 증발기(160)를 공기가 통과하므로 제습도 함께 이루어지게 된다.Meanwhile, when the position of the
아울러, 본 발명에서는 에어컨 모드 뿐만 아니라, 히트펌프 모드 작동 중 상기 증발기(160)에 일부 냉매가 공급되는 제2난방모드와 제습모드 및 제상모드시에는 상기 증발기(160)가 차실내를 제습하게 된다.In addition, in the present invention, the
이처럼, 본 발명에서는 에어컨 모드는 물론 특히 히트펌프 모드시에도 차실내 제습기능을 작동할 수 있는 것이다.As described above, in the present invention, the dehumidification function of the passenger compartment can be operated even in the air condition mode as well as the heat pump mode.
그리고, 상기 실외열교환기(130)는, 상기 공조케이스(150)의 외부에 설치됨과 아울러 상기 냉매순환라인(R)과 연결되어, 상기 냉매순환라인(R)을 순환하는 냉매와 실외공기를 열교환시키게 된다.The
여기서, 상기 실외열교환기(130)는 차량 엔진룸의 전방측에 설치되어 내부를 유동하는 냉매를 실외공기와 열교환시키게 된다.Here, the
상기 실외열교환기(130)는, 에어컨 모드시 상기 실내열교환기(110)와 동일한 응축기 역할을 하게 되며, 이때 실외열교환기(130)의 내부를 유동하는 고온 냉매가 실외공기와 열교환하게 되면서 응축되게 된다.The
또한, 히트펌프 모드시(제1난방모드시)에는 상기 실내열교환기(110)와 상반되는 증발기 역할을 하게 되는데, 이때 실외열교환기(130)의 내부를 유동하는 저온 냉매가 실외공기와 열교환하게 되면서 증발하게 된다.In the heat pump mode (first heating mode), the refrigerant acts as an evaporator opposite to the
그리고, 본 발명에 따른 히트 펌프 시스템에는 복합밸브장치(300)가 구비되며, 상기 복합밸브장치(300)는, 상기 냉매순환라인(R)을 유동하는 냉매를 팽창시키는 팽창밸브부(팽창수단)와, 상기 분기라인(R2)을 개폐하는 개폐밸브부를 포함하여 이루어진다.In addition, the heat pump system according to the present invention is provided with a combined
즉, 하나의 복합밸브장치(300)에 팽창밸브부와 개폐밸브부를 통합 구성한 것으로, 이를 통해 팽창밸브 기능과 개폐밸브 기능을 모두 수행할 수 있게 됨으로써, 냉매라인(배관)을 간소화함은 물론 히트 펌프 시스템의 컴팩트화가 가능하고, 이로인해 협소한 차량 엔진룸의 공간을 확보할 수 있는 것이다.That is, the expansion valve unit and the open / close valve unit are integrally formed in one
이러한 상기 복합밸브장치(300)는, 본체(310)와, 분기통로(313)와, 팽창밸브(320)와, 개폐밸브(330)로 구성된다.The combined
상기 본체(310)는, 상기 냉매순환라인(R)과 연결되어 냉매순환라인(R)을 유동하는 냉매가 통과하도록 내부에 냉매순환통로(311)가 관통 형성된다.The
상기 본체(310)는 상기 증발기(160)의 입구측 냉매순환라인(R)상에 설치되며, 상기 냉매순환통로(311)는 상기 본체(310)의 일측면과 하측면을 관통하도록 형성된다.The
상기 냉매순환통로(311)의 입구(311a)는 상기 실외열교환기(130)의 출구측 냉매순환라인(R)과 연결되고, 출구(311b)는 상기 증발기(160)의 입구측 냉매순환라인(R)과 연결된다.The
이때, 상기 냉매순환통로(311)의 입구(311a)는 상기 실외열교환기(130)의 출구측 냉매순환라인(R)과 상기 제1바이패스라인(R1)의 분기지점에 설치된 삼방밸브(193)와 연결된다.At this time, the inlet (311a) of the
여기서, 상기 제1바이패스라인(R1)은, 상기 실외열교환기(130)의 출구측 냉매순환라인(R)과 상기 증발기(160)의 출구측 냉매순환라인(R)을 연결하도록 설치되어, 히트펌프 모드시 상기 실외열교환기(130)에서 배출된 냉매가 상기 제1바이패스라인(R1)을 통해 상기 증발기(160)를 바이패스하도록 하게 된다.Here, the first bypass line (R1) is installed to connect the outlet side refrigerant circulation line (R) of the
이때, 상기 제1바이패스라인(R1)의 입구는 상기 삼방밸브(193)와 연결된다.In this case, an inlet of the first bypass line R1 is connected to the three-
그리고, 상기 분기통로(313)는 상기 본체(310)의 내부에 형성됨과 아울러 상기 냉매순환통로(311)와 제1바이패스라인(R1)을 연통시키게 된다.In addition, the
상기 분기통로(313)는 상기 분기라인(R2) 역할을 하는 것으로서, 별도의 배관이 아닌 상기 본체(310)의 내부에 상기 냉매순환통로(311)와 제1바이패스라인(R1)을 연통시키는 통로를 형성하여 이루어진다.The
또한, 상기 냉매순환통로(311)의 내부에는 냉매순환통로(311)를 통과하는 냉매를 팽창시킬 수 있도록 상기 냉매순환통로(311)를 축소시킨 팽창통로(314)가 형성된다.In addition, an
여기서, 상기 팽창통로(314)는 상기 냉매순환통로(311)의 입구(311a)와 직각방향으로 형성된다.Here, the
한편, 상기 냉매순환통로(311)는 상기 팽창통로(314)를 사이에 두고 상,하방향으로 어긋난 형태로 형성된다.On the other hand, the
이때, 상기 냉매순환통로(311)의 상,하로 어긋난 단부가 상기 팽창통로(314)를 통해 연통하게 되는 것이다.At this time, up and down ends of the
또한, 상기 냉매순환통로(311)의 출구(311b)는 상기 냉매순환통로(311)의 입구(311a)와 직각방향으로 형성된다.In addition, the
한편, 상기 팽창통로(314)는 상기 본체(310)의 냉매순환통로(311)내에 직접 형성할 수도 있지만, 도면에서와 같이 상기 냉매순환통로(311)내에 별도의 부재(314a)를 설치하여 상기 팽창통로(314)를 구성할 수도 있다.On the other hand, the
그리고, 상기 팽창밸브(320)는, 상기 본체(310)에 설치됨과 아울러 상기 팽창밸브부 역할을 하는 것으로, 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 냉매순환통로(311)를 유동하는 냉매를 선택적으로 팽창시키게 된다.In addition, the
상기 팽창밸브(320)는, 상기 냉매순환통로(311)를 통과하는 냉매를 팽창시키는 팽창통로(314)와, 상기 팽창통로(314)와 마주하는 상기 본체(310)의 일측면에 결합됨과 아울러 일측에는 상기 팽창통로(314)를 개폐하도록 작동하는 작동부(322)가 구비된 제1구동장치(321)로 이루어진다.The
또한, 상기 작동부(322)의 일단부 외주면에는 상기 팽창통로(314)를 원활하게 개폐할 수 있도록 팽창통로(314) 보다 큰 직경을 갖는 제1개폐판(323)이 구비된다.In addition, a first opening and
한편, 상기 제1구동장치(321)의 작동부(322)에 구비된 제1개폐판(323)과 상기 팽창통로(314)가 상기 팽창밸브부를 구성하게 된다.On the other hand, the first opening and
그리고, 상기 제1구동장치(321)는, 상기 작동부(322)를 직선 왕복운동시키는 스텝핑 모터인 것이 바람직하다.In addition, the
따라서, 에어컨 모드시에는 상기 제1구동장치(321)에 의해 상기 작동부(322)가 상승하도록 작동하게 되고, 이로인해 상기 작동부(322)의 끝단에 구비된 제1개폐판(323)은 상기 팽창통로(314)를 개방하게 된다. 이후 상기 실외열교환기(130)측으로부터 배출된 냉매는 삼방밸브(193)의 방향전환에 의해 상기 복합밸브장치(300)의 냉매순환통로(311)를 통과하게 되는데, 이때 상기 냉매순환통로(311)의 팽창통로(314)를 통과하는 과정에서 팽창되며, 이렇게 팽창된 냉매는 냉매순환통로(311)의 출구(311b)를 통해 상기 증발기(160)측으로 공급되게 된다.Therefore, in the air conditioner mode, the
히트펌프 모드시에는 상기 제1구동장치(321)에 의해 상기 작동부(322)가 하강하도록 작동하게 되고, 이로인해 상기 작동부(322)의 끝단에 구비된 제1개폐판(323)은 상기 팽창통로(314)를 폐쇄하게 된다. 이후 상기 실외열교환기(130)측으로부터 배출된 냉매는 상기 삼방밸브(193)의 방향전환에 의해 상기 제1바이패스라인(R1)을 통해 압축기(100)측으로 공급되어 상기 팽창밸브(320) 및 증발기(160)를 바이패스하게 된다.In the heat pump mode, the
이처럼, 상기 복합밸브장치(300)의 팽창밸브(320)는, 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 냉매순환통로(311)상에 형성된 팽창통로(314)를 상기 작동부(322)를 통해 개폐하여 냉매를 선택적으로 팽창시키게 되는 것이다.As such, the
그리고, 상기 개폐밸브(330)는, 상기 본체(310)에 설치됨과 아울러 상기 개폐밸브부 역할을 하는 것으로, 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 분기통로(313)를 선택적으로 개폐하게 된다.The on / off
또한, 상기 분기통로(313)의 내부에는 상기 개폐밸브(330)에 의해 개폐되는 개폐공(313a)이 형성된다. 이때, 상기 개폐공(313a)은 후술하는 제2구동장치(331)의 작동부(332)와 동심상에 형성된다.In addition, the
상기 개폐밸브(330)는, 상기 개폐공(313a)과 마주하는 상기 본체(310)의 일측면에 결합됨과 아울러 일측에는 상기 개폐공(313a)을 향해 왕복 운동하는 작동부(332)가 구비된 제2구동장치(331)와, 상기 작동부(332)의 외주면에 구비되어 상기 작동부(332)의 작동시 상기 개폐공(313a)을 개폐하는 제2개폐판(333)으로 이루어진다.The opening and closing
상기 작동부(332)는 상기 개폐공(313a)의 중심을 관통하게 되고, 상기 제2개폐판(333)은 상기 개폐공(313a)의 직경보다 크게 형성되어 개폐공(313a)을 개폐하게 된다.The
여기서, 상기 제2구동장치(331)는, 상기 작동부(332)를 직선 왕복운동시키는 솔레노이드인 것이 바람직하다.Here, the
또한, 상기 제2개폐판(333)과 일정간격 이격된 상기 작동부(332)의 외주면에는 상기 제2개폐판(333) 보다 큰 직경을 갖는 지지판(334)이 구비되고, 상기 분기통로(313)내의 상기 지지판(334) 일측에는 지지판(334)을 탄력적으로 지지하는 탄성부재(335)가 설치된다.In addition, a
즉, 상기 제2구동장치(331)는, 전원이 인가될 경우에는 상기 작동부(332)를 상승시켜 상기 개폐공(313a)을 폐쇄하게 되지만, 전원이 차단될 경우에는 상기 탄성부재(335)에 의해 상기 작동부(332)가 초기위치로 하강하여 상기 개폐공(313a)을 개방하게 되는 것이다.That is, when the power is applied, the
아울러, 상기 제2구동장치(331)와 상기 분기통로(313) 사이의 본체(310)측에는 상기 분기통로(313) 내측으로 상기 작동부(332) 및 제2개폐판(333)이 삽입 설치될 수 있도록 관통공(316)이 형성된다.In addition, the
상기 관통공(316)은 상기 지지판(334)과 동심상에 형성됨과 아울러 상기 지지판(334)의 외주면에 구비된 실링부재와 밀착된다. 이로인해, 상기 제2구동장치(331)에 의한 상기 작동부(332)의 승하강 작동시 상기 지지판(334)이 상기 관통공(316)내에서 승하강하면서 관통공(316)을 실링하여 관통공(316)측으로 냉매가 누설되는 것을 방지하게 된다.The through
그리고, 상기 개폐밸브(330)에 의해 상기 개폐공(313a)이 개방되면 상기 본체(310)의 냉매순환통로(311)와 상기 제1바이패스라인(R1)은 상기 분기통로(313)에 의해 연통하게 된다.When the opening /
이로인해, 상기 냉매순환통로(311)로 냉매가 유동하는 모드에서는 상기 냉매순환통로(311)를 유동하는 냉매 중 일부가 상기 분기통로(313)를 통해 제1바이패스라인(R1)측으로 유동할 수 있게 되고, 상기 제1바이패스라인(R1)으로 냉매가 유동하는 모드에서는 상기 제1바이패스라인(R1)을 유동하는 냉매 중 일부가 상기 분기통로(313)를 통해 냉매순환통로(311)측으로 공급된 후 상기 증발기(160)측으로 유동할 수 있게 되는 것이다.Thus, in the mode in which the refrigerant flows in the
그리고, 상기 분기통로(313) 및 개폐밸브(330)를 이용하는 히트펌프 모드 작동 중 제2난방모드, 제습모드, 제상모드에 대해 설명하면,And, when the second heating mode, dehumidification mode, defrost mode during the heat pump mode operation using the
먼저, 히트펌프 모드 작동 중 제2난방모드시에는, 도 6과 같이 삼방밸브(193)에 의해 제1바이패스라인(R1)측으로 유동하는 냉매 중 일부는 제1바이패스라인(R1)상의 수냉식 열교환기(181)를 통과하면서 차량 전장품(200)의 폐열을 회수하고, 일부는 분기통로(313)를 통해 냉매순환통로(311)의 출구(311b)측으로 배출되어 증발기(160)를 통과하게 된다.First, in the second heating mode during the heat pump mode operation, as shown in FIG. 6, some of the refrigerant flowing in the first bypass line R1 by the three-
도 6과 같은 제2난방모드는, 실외온도가 영하인 조건에서 작동하는 모드로서, 저온의 실외공기 영향을 최소화하도록 순환 냉매가 제2바이패스라인(R4)을 통해 상기 실외열교환기(130)를 바이패스하도록 하게 되는데, 이때 차량 전장품(200)의 폐열 및 실내공기의 열원을 회수하여 난방성능을 향상하도록 상기 제1바이패스라인(R1)을 흐르는 냉매를 분기통로(313)를 통해 분기하여 상기 수냉식 열교환기(181)와 증발기(160)로 동시에 공급하게 되는 것이다. 여기서, 상기 공조케이스(150)의 내부로는 실내공기가 유입되어 증발기(160)와 열교환하도록 내기유입모드로 제어된다.In the second heating mode as shown in FIG. 6, the
그리고, 히트펌프 모드 작동 중 제습모드시에는, 도 8과 같이 삼방밸브(193)에 의해 제1바이패스라인(R1)측으로 유동하는 냉매 중 일부는 제1바이패스라인(R1)상의 수냉식 열교환기(181)를 통과하면서 차량 전장품(200)의 폐열을 회수하고, 일부는 분기통로(313)를 통해 냉매순환통로(311)의 출구(311b)측으로 배출되어 증발기(160)를 통과하게 된다.In the dehumidification mode during the heat pump mode operation, as shown in FIG. 8, a part of the refrigerant flowing to the first bypass line R1 by the three-
도 8과 같은 제습모드는, 실외온도가 영상인 조건에서 작동하는 모드로서, 실외공기의 열원 및 차량 전장품(200)의 폐열을 회수하도록 상기 실외열교환기(130)를 통과한 냉매가 제1바이패스라인(R1)을 흐르면서 수냉식 열교환기(181)를 통과하게 되는데, 이때 제1바이패스라인(R1)을 유동하는 냉매 중 일부를 분기통로(313)를 통해 분기하여 증발기(160)로 공급하여 공조케이스(150)의 내부를 유동하는 공기를 제습하게 된다.The dehumidification mode as shown in FIG. 8 is a mode in which the outdoor temperature is an image, and the refrigerant passing through the
또한, 히트펌프 모드 작동 중 제상모드시에는, 도 9와 같이 삼방밸브(193)에 의해 냉매순환통로(311)측으로 냉매가 흐르게 되고, 이때 상기 냉매순환통로(311)상의 팽창통로(314)를 통과하면서 팽창된 냉매 중 일부는 증발기(160)를 통과하게 되고, 일부는 분기통로(313)를 통해 제1바이패스라인(R1)상의 수냉식 열교환기(181)를 통과하면서 차량 전장품(200)의 폐열을 회수하게 된다.In the defrost mode during the heat pump mode operation, the refrigerant flows to the
도 9와 같은 제상모드는, 도 4와 같이 제1난방모드로 작동시 증발기(160) 역할을 하는 실외열교환기(130)의 결빙을 제상하기 위한 모드로서, 냉매를 도 2와 같은 에어컨 모드로 작동시켜 실외열교환기(130)로 고온의 냉매를 공급하여 제상시키게 되며, 이때 상기 실외열교환기(130)를 통과한 후 냉매순환통로(311)상의 팽창통로(314)를 통과한 팽창 냉매 중 일부를 분기통로(313)를 통해 분기하여 수냉식 열교환기(181)로 공급함으로써 증발기(160)의 성능을 저하시켜 제상모드 작동 중에 실내공기의 온도변화를 최소화하게 된다.9 is a mode for defrosting the
그리고, 상기 냉매순환라인(R)에는 상기 팽창수단(120)을 통과한 냉매가 상기 실외열교환기(130)를 바이패스하도록 제2바이패스라인(R4)이 병렬로 설치되고, 상기 제2바이패스라인(R4)과 상기 냉매순환라인(R)의 분기지점에는 실외온도에 따라 상기 팽창수단(120)을 통과한 냉매가 상기 실외열교환기(130) 또는 제2바이패스라인(R4)으로 흐르도록 냉매의 흐름방향을 전환하는 제1삼방밸브(191)가 설치된다.In addition, a second bypass line R4 is installed in parallel in the refrigerant circulation line R such that the refrigerant passing through the expansion means 120 bypasses the
즉, 실외온도가 영상일 경우에는 상기 제1삼방밸브(191)의 제어를 통해 냉매가 상기 실외열교환기(130)측으로 흐르도록 제어되고, 실외온도가 영하일 경우에는 상기 제1삼방밸브(191)의 제어를 통해 냉매가 상기 실외열교환기(130)를 바이패스하여 상기 제2바이패스라인(R4)측으로 흐르도록 제어된다.That is, when the outdoor temperature is an image, the refrigerant is controlled to flow to the
여기서, 실외온도가 영하일 경우, 저온의 실외공기 영향을 최소화 할 수 있도록 도 6의 제2난방모드와 같이, 상기 팽창수단(120)을 통과한 냉매가 상기 실외열교환기(130)를 바이패스하여 제2바이패스라인(R4)측으로 흐르게 되고, 상기 제2바이패스라인(R4)을 통과한 냉매는 삼방밸브(193)에 의해 제1바이패스라인(R1)을 흐르는 과정에서 일부는 제1바이패스라인(R1)상의 수냉식 열교환기(181)로 공급되어 차량 전장품(200)의 폐열을 회수하게 되고, 일부는 분기통로(313)를 통해 증발기(160)로 공급되게 된다.Here, when the outdoor temperature is below zero, the refrigerant passing through the expansion means 120 bypasses the
이때, 상기 공조케이스(150)의 내부로는 실내공기가 유입되어 상기 증발기(160)와 열교환하도록 내기유입모드로 제어됨으로써, 상기 증발기(160)로 공급되는 냉매가 실내공기의 열원을 회수하게 된다.At this time, indoor air is introduced into the
이처럼, 실외온도가 영하인 저열원 조건에서, 냉매가 상기 제2바이패스라인(R4)을 통해 실외열교환기(130)를 바이패스하도록 하여 저온의 실외공기 영향을 최소화하도록 하고, 아울러 상기 제1바이패스라인(R1)을 흐르는 냉매를 분기통로(313)를 통해 분기하여 일부는 수냉식 열교환기(181)를 통해 차량 전장품(200)의 폐열을 회수하고 일부는 실내공기와 열교환하는 증발기(160)를 통해 실내공기의 열원을 회수하도록 함으로써, 난방성능을 향상할 수 있는 것이다.As such, in a low heat source condition at which the outdoor temperature is below zero, the refrigerant bypasses the
한편, 상기 제어부는, 차량 시동후 실외온도 및 실내온도가 모두 기준온도(0℃) 미만이면 전기 가열식 히터(115)를 작동시켜 초기 난방을 수행하고, 이후 실내온도가 기준온도(0℃) 이상이 되면, 상기 공조케이스(150)의 내부로 실내공기가 유입되도록 공기유입모드를 내기유입모드로 제어한 후 도 6과 같은 제2난방모드를 작동시키게 된다.On the other hand, the control unit, if both the outdoor temperature and the indoor temperature after the vehicle start is below the reference temperature (0 ℃) to operate the
이와 같이, 본 발명은 실외온도가 영상인 조건에서는 차량 전장품(200)의 폐열 및 실외공기의 열원을 회수하도록 하고, 실외온도가 영하인 조건에서는 차량 전장품(200)의 폐열 및 실내공기의 열원을 회수하도록 함과 아울러, 히트펌프 모드를 제1난방모드(도 4), 제2난방모드(도 6), 제습모드(도 8), 제상모드(도 9)와 같이, 열부하 및 목적에 따라 모드를 다양화함으로써, 히트펌프 시스템의 효율을 향상시켜 난방성능을 유지하고, 전기 가열식 히터(115)의 작동을 최소화하여 차량(전기자동차 또는 하이브리드 자동차)의 주행거리를 증대할 수 있는 것이다.As described above, the present invention recovers the waste heat of the vehicle
그리고, 상기 실내열교환기(110)와 실외열교환기(130)를 연결하는 냉매순환라인(R)상에 설치된 팽창수단(120)은, 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 실외열교환기(130)로 공급되는 냉매를 선택적으로 팽창시키게 된다.In addition, the expansion means 120 installed on the refrigerant circulation line R connecting the
상기 팽창수단(120)은, 상기 실내열교환기(110)와 실외열교환기(130)를 연결하는 냉매순환라인(R)상에 병렬로 연결되는 팽창라인(R3)과, 상기 팽창라인(R3)상에 설치되어 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(121)로 이루어진다.The expansion means 120, the expansion line (R3) connected in parallel on the refrigerant circulation line (R) connecting the
또한, 상기 팽창라인(R3)과 상기 냉매순환라인(R)의 분기지점에는, 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 실내열교환기(110)를 통과한 냉매가 상기 패창밸브(121)를 통과하거나 또는 팽창밸브(121)를 바이패스하도록 냉매 흐름방향을 전환하는 제2삼방밸브(192)가 설치된다.In addition, at the branching point of the expansion line (R3) and the refrigerant circulation line (R), the refrigerant passing through the
여기서, 상기 팽창수단(120)으로는 팽창밸브(121) 외에도 오리피스(미도시)를 사용할 수도 있다.Here, the expansion means 120 may be used in addition to the
따라서, 에어컨 모드시에는, 상기 제2삼방밸브(192)에 의해 상기 압축기(100)에서 배출되어 상기 실내열교환기(110)를 통과한 냉매가 상기 팽창밸브(121)를 바이패스하여 실외열교환기(130)로 공급되고,Therefore, in the air conditioner mode, the refrigerant discharged from the
히트펌프 모드시(제1난방모드시)에는, 상기 제2삼방밸브(192)에 의해 상기 압축기(100)에서 배출되어 상기 실내열교환기(110)를 통과한 냉매가 상기 팽창밸브(121)를 통과하면서 팽창된 후 상기 실외열교환기(130)로 공급되게 된다.In the heat pump mode (first heating mode), the refrigerant discharged from the
그리고, 상기 제1바이패스라인(R1)상에는 제1바이패스라인(R1)을 따라 흐르는 냉매에 열을 공급하는 열공급수단(180)이 설치된다.On the first bypass line R1, a heat supply means 180 for supplying heat to the refrigerant flowing along the first bypass line R1 is installed.
상기 열공급수단(180)은, 차량 전장품(200)의 폐열을 상기 제1바이패스라인(R1)을 흐르는 냉매에 공급할 수 있도록, 상기 제1바이패스라인(R1)을 흐르는 냉매가 유동하는 냉매 열교환부(181a)와, 상기 냉매 열교환부(181a)의 일측에 열교환 가능하게 구비되어 상기 차량 전장품(200)을 순환하는 냉각수가 유동하는 냉각수 열교환부(181b)로 구성된 수냉식 열교환기(181)를 설치하여 이루어진다.The
따라서, 히트펌프 모드시 차량 전장품(200)의 폐열로 부터 열원을 회수함으로써 난방성능을 향상시킬 수 있는 것이다.Therefore, the heating performance can be improved by recovering the heat source from the waste heat of the vehicle
한편, 상기 차량 전장품(200)으로는 대표적으로 모터와, 인버터 등이 있다.On the other hand, the vehicle
여기서, 상기 열공급수단(180)을 보다 상세히 설명하면, 크게 냉각수 순환라인(W)과, 수냉 라디에이터(210)와, 냉각수 바이패스라인(W1)과, 냉각수 삼방밸브(230)로 구성된다.Here, the heat supply means 180 will be described in more detail, and is composed of a cooling water circulation line (W), a
상기 냉각수 순환라인(W)은, 상기 차량 전장품(200)과 수냉 라디에이터(210)를 연결하여 상기 차량 전장품(200)에 냉각수를 순환시키게 된다.The cooling water circulation line W connects the vehicle
이때, 상기 냉각수 순환라인(W)상에서는 냉각수 순환을 위해 워터펌프(220)가 구비된다.At this time, a
도면에서는, 상기 냉각수 순환라인(W)상에 2개의 전장품(200)이 연결된 경우만 도시하였으나, 그 개수는 변경가능하다.Although two
상기 수냉 라디에이터(210)는, 상기 냉각수 순환라인(W)을 순환하는 냉각수를 냉각시켜 차량 전장품(200)을 냉각시킬 수 있도록, 상기 냉각수 순환라인(W)상에 설치되어 실외공기와 상기 냉각수 순환라인(W)을 순환하는 냉각수를 열교환시키게 된다.The water-cooled
이때, 상기 수냉 라디에이터(210)의 일측에는 송풍팬(215)이 설치되어 상기 수냉 라디에이터(210)측으로 실외공기를 송풍시킴으로서 냉각수 순환라인(W)을 순환하는 냉각수의 냉각성능을 향상시키게 된다.At this time, a blowing
상기 냉각수 바이패스라인(W1)은, 상기 냉각수 순환라인(W)과 상기 수냉식 열교환기(181)의 냉각수 열교환부(181b)를 병렬로 연결하여, 상기 워터펌프(220)를 통해 상기 전장품(200)을 통과한 냉각수가 상기 수냉 라디에이터(210)를 바이패스하여 상기 냉각수 열교환부(181b)로 흐르도록 하게 된다.The cooling water bypass line W1 connects the cooling water circulation line W and the cooling
또한, 상기 냉각수 삼방밸브(230)는, 상기 냉각수 바이패스라인(W1)과 상기 냉각수 순환라인(W)의 분기지점에 설치되어 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 냉각수의 흐름방향을 전환하게 된다.In addition, the cooling water three-
따라서, 히트펌프 모드시에는 상기 워터펌프(220)의 작동으로 상기 전장품(200)을 통과한 냉각수가 상기 냉각수 삼방밸브(230)에 의해 상기 수냉 라디에이터(210)를 바이패스하여 상기 수냉식 열교환기(181)의 냉각수 열교환부(181b)로 흐르게 되고, 이 과정에서 상기 냉각수 열교환부(181b)를 흐르는 냉각수와 상기 제1바이패스라인(R1)을 따라 냉매 열교환부(181a)를 흐르는 냉매가 상호 열교환하게 되어 차량 전장품(200)의 폐열을 회수하게 된다.Therefore, in the heat pump mode, the cooling water passing through the
에어컨 모드시에는 상기 워터펌프(220)의 작동으로 상기 전장품(200)을 통과한 냉각수가 상기 냉각수 삼방밸브(230)에 의해 상기 수냉 라디에이터(210)를 순환하게 되고, 이 과정에서 상기 순환하는 냉각수가 실외공기와의 열교환에 의해 냉각되어 전장품(200)을 냉각시키게 된다.In the air conditioner mode, the coolant that has passed through the
한편, 도면에서는 상기 냉각수 삼방밸브(230)가 2개의 전장품(200) 사이에 설치됨에 따라, 냉각수 흐름방향으로 첫번째 전장품(200)의 폐열을 회수하는 경우만 도시하고 있으나, 상기 냉각수 삼방밸브(230)를 두번째 전장품(200)의 출구측에 설치할 경우 2개의 전장품(200) 폐열을 모두 회수할 수 있다.On the other hand, as the cooling water three-
그리고, 상기 압축기(100)의 입구측 냉매순환라인(R)상에는 어큐뮬레이터(170)가 설치된다.An
상기 어큐뮬레이터(170)는 상기 압축기(100)로 공급되는 냉매 중에서 액상 냉매와 기상 냉매를 분리하여 압축기(100)로 기상 냉매만 공급될 수 있도록 하게 된다.
The
이하, 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 작용을 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation of the vehicle heat pump system according to the present invention will be described.
가. 에어컨 모드(냉방 모드)end. Air conditioning mode (cooling mode)
에어컨 모드(냉방 모드)시에는, 도 2 및 도 3과 같이, 상기 삼방밸브(193)를 통해 상기 제1바이패스라인(R1)의 입구가 폐쇄됨과 아울러 제1구동장치(321)를 통해 냉매순환통로(311) 및 팽창통로(314)가 개방되고, 상기 제1삼방밸브(191)를 통해 제2바이패스라인(R4)이 폐쇄되며, 상기 제2삼방밸브(192)는 팽창라인(R3)도 폐쇄하게 된다.In the air conditioner mode (cooling mode), as shown in FIGS. 2 and 3, the inlet of the first bypass line R1 is closed through the three-
또한, 상기 냉각수 삼방밸브(230)는 상기 냉각수 바이패스라인(W1)을 폐쇄하여 워터펌프(220)를 통해 순환하는 냉각수는 차량 전장품(200)과 수냉 라이에이터를 순환하면서 차량 전장품(200)을 냉각시키게 된다.In addition, the coolant three-
한편, 최대 냉방시에는 상기 공조케이스(150)내의 온도조절도어(151)가 실내열교환기(110)(응축기)를 통과하는 통로를 폐쇄하도록 작동하여, 블로어에 의해 공조케이스(150)내로 송풍된 공기가 상기 증발기(160)를 통과하면서 냉각된 후 실내열교환기(110)를 바이패스 하여 차실내로 공급됨으로써, 차실내를 냉방하게 된다.On the other hand, during maximum cooling, the
계속해서, 냉매 순환과정을 설명하면,Next, the refrigerant circulation process will be described.
상기 압축기(100)에서 압축된 후 배출되는 고온 고압의 기상 냉매는 상기 공조케이스(150)의 내부에 설치된 상기 실내열교환기(110)(응축기 역할)로 공급된다.The high temperature and high pressure gaseous refrigerant discharged after being compressed by the
상기 실내열교환기(110)로 공급된 냉매는, 도 2와 같이 온도조절도어(151)가 실내열교환기(110)측 통로를 폐쇄하고 있으므로 공기와 열교환하지 않고 곧바로 상기 실외열교환기(130)(응축기 역할)로 유동하게 된다.As the refrigerant supplied to the
상기 실외열교환기(130)로 유동한 냉매는, 실외공기와 열교환하게 되면서 응축되며, 이로인해 기상 냉매가 액상 냉매로 바뀌게 된다.The refrigerant flowing into the
한편, 상기 실내열교환기(110)와 실외열교환기(130)는 모두 응축기 역학을 하게 되지만, 실외공기와 열교환하는 상기 실외열교환기(130)에서 주로 냉매가 응축되게 된다.On the other hand, both the
계속해서, 상기 실외열교환기(130)를 통과한 냉매는, 상기 삼방밸브(193)를 거쳐 복합밸브장치(300)의 냉매순환통로(311)의 팽창통로(314)를 통과하는 과정에서 감압 팽창되어 저온 저압의 액상냉매가 된 후, 상기 증발기(160)로 유입된다.Subsequently, the refrigerant passing through the
상기 증발기(160)로 유입된 냉매는 블로어를 통해 공조케이스(150) 내부로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발함과 동시에 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 공기를 냉각하게 되며, 이처럼 냉각된 공기가 차량 실내로 공급되어 냉방하게 된다.The refrigerant flowing into the
이후, 상기 증발기(160)에서 배출된 냉매는 상기 압축기(100)로 유입되면서 상술한 바와 같은 사이클을 재순환하게 된다.
Then, the refrigerant discharged from the
나. 히트펌프 모드 작동 중 제1난방모드I. First heating mode during heat pump mode operation
히트펌프 모드 작동 중 제1난방모드는, 실외온도가 영상인 조건에서 작동하며, 실외공기와 차량 전장품(200)의 폐열을 열원으로 이용하는 모드로서, 도 4 및 도 5와 같이, 상기 삼방밸브(193)를 통해 상기 제1바이패스라인(R1)의 입구가 개방됨과 아울러 상기 제1구동장치(321)를 통해 냉매순환통로(311) 및 팽창통로(314)가 폐쇄되어, 상기 증발기(160)측으로는 냉매가 공급되지 않는다.The first heating mode during the heat pump mode operation is a mode in which the outdoor temperature is an image and uses waste heat of the outdoor air and the vehicle
또한, 상기 제1삼방밸브(191)를 통해 제2바이패스라인(R4)이 폐쇄되고, 상기 제2삼방밸브(192)를 통해 상기 팽창라인(R3)이 개방된다.In addition, the second bypass line R4 is closed through the first three-
한편, 상기 냉각수 삼방밸브(230)는 상기 냉각수 바이패스라인(W1)을 개방함으로써, 상기 워터펌프(220)를 통해 순환하는 냉각수는 차량 전장품(200)을 통과한 후, 상기 수냉식 열교환기(181)의 냉각수 열교환부(181b)로 유동하여 계속 순환하게 된다. 이때, 차량 전장품(200)에 의해 가열된 냉각수가 상기 수냉식 열교환기(181)의 냉각수 열교환부(181b)로 유동하게 된다.On the other hand, the cooling water three-
그리고, 제1난방모드시에는 상기 공조케이스(150)내의 온도조절도어(151)가 실내열교환기(110)(응축기 역할)를 바이패스하는 통로를 폐쇄하도록 작동하여, 블로어에 의해 공조케이스(150)내로 송풍된 공기가 상기 증발기(160)(작동정지)를 통과한 후 상기 실내열교환기(110)를 통과하면서 온풍으로 바뀌어 차실내로 공급됨으로서, 차실내를 난방하게 된다.In the first heating mode, the
계속해서, 냉매 순환과정을 설명하면,Next, the refrigerant circulation process will be described.
상기 압축기(100)에서 압축된 후 배출되는 고온 고압의 기상 냉매는 상기 공조케이스(150)의 내부에 설치된 실내열교환기(110)(응축기 역할)로 유입된다.The high temperature and high pressure gaseous refrigerant discharged after being compressed by the
상기 실내열교환기(110)로 유입된 고온 고압의 기상 냉매는, 블로어를 통해 공조케이스(150)의 내부로 송풍되는 공기와 열교환하면서 응축되며, 이때 상기 실내열교환기(110)를 통과하는 공기는 온풍으로 바뀐 뒤, 차량 실내로 공급되어 차실내를 난방하게 된다.The high-temperature, high-pressure gaseous refrigerant introduced into the
계속해서, 상기 실내열교환기(110)에서 배출된 냉매는 상기 제2삼방밸브(192)를 통해 팽창라인(R3)으로 유동하게 되고, 상기 팽창라인(R3)으로 유동하는 냉매는 상기 팽창밸브(121)를 통과하는 과정에서 감압 팽창되어 저온 저압의 액상냉매가 된 후, 상기 실외열교환기(130)(증발기 역할)로 공급된다.Subsequently, the refrigerant discharged from the
상기 실외열교환기(130)로 공급된 냉매는, 실외공기와 열교환하면서 증발한 후 상기 삼방밸브(193)에 의해 제1바이패스라인(R1)을 통과하게 되는데, 이때 상기 제1바이패스라인(R1)을 통과하는 냉매는 상기 수냉식 열교환기(181)의 냉매 열교환부(181a)를 통과하는 과정에서 상기 냉각수 열교환부(181b)를 통과하는 냉각수와 열교환하여 차량 전장품(200)의 폐열을 회수한 후, 상기 압축기(100)로 유입되면서 상술한 바와 같은 사이클을 재순환하게 된다.
The refrigerant supplied to the
다. 히트펌프 모드 작동 중 제2난방모드All. Second heating mode during heat pump mode
히트펌프 모드 작동 중 난방 모드는, 실외온도가 영하인 조건에서 작동하며, 실내공기(내기유입모드)와 차량 전장품(200)의 폐열을 열원으로 이용하는 모드로서, 도 6 및 도 7과 같이, 상기 삼방밸브(193)를 통해 상기 제1바이패스라인(R1)의 입구가 개방됨과 아울러 상기 제1구동장치(321)를 통해 상기 냉매순환통로(311) 및 팽창통로(314)는 폐쇄되고, 상기 개폐밸브(330)를 통해 상기 분기통로(313)가 개방된다.The heating mode during the heat pump mode operation is a mode that operates under conditions where the outdoor temperature is below zero, and uses the waste heat of the indoor air (pitch inflow mode) and the vehicle
또한, 상기 제1삼방밸브(191)를 통해 제2바이패스라인(R4)이 개방되고, 상기 제2삼방밸브(192)를 통해 상기 팽창라인(R3)이 개방된다.In addition, a second bypass line R4 is opened through the first three-
아울러, 상기 냉각수 삼방밸브(230)는 상기 냉각수 바이패스라인(W1)을 개방함으로써, 상기 워터펌프(220)를 통해 순환하는 냉각수는 차량 전장품(200)을 통과한 후, 상기 수냉식 열교환기(181)의 냉각수 열교환부(181b)로 유동하여 계속 순환하게 된다. 이때, 차량 전장품(200)에 의해 가열된 냉각수가 상기 수냉식 열교환기(181)의 냉각수 열교환부(181b)로 유동하게 된다.In addition, the cooling water three-
한편, 차실내온도가 영상인 조건이면 상기 공조케이스(150)의 공기유입모드가 내기유입모드로 제어되어 상기 공조케이스(150)로 실내공기가 유입된다.On the other hand, if the room temperature is a video condition, the air inflow mode of the
그리고, 제2난방모드시에는 상기 공조케이스(150)내의 온도조절도어(151)가 실내열교환기(110)(응축기 역할)를 바이패스하는 통로를 폐쇄하도록 작동하여, 블로어에 의해 공조케이스(150)내로 송풍된 공기가 상기 증발기(160)(작동정지)를 통과한 후 상기 실내열교환기(110)를 통과하면서 온풍으로 바뀌어 차실내로 공급됨으로서, 차실내를 난방하게 된다.In the second heating mode, the
계속해서, 냉매 순환과정을 설명하면,Next, the refrigerant circulation process will be described.
상기 압축기(100)에서 압축된 후 배출되는 고온 고압의 기상 냉매는 상기 공조케이스(150)의 내부에 설치된 실내열교환기(110)(응축기 역할)로 유입된다.The high temperature and high pressure gaseous refrigerant discharged after being compressed by the
상기 실내열교환기(110)로 유입된 고온 고압의 기상 냉매는, 블로어를 통해 공조케이스(150)의 내부로 송풍되는 공기와 열교환하면서 응축되며, 이때 상기 실내열교환기(110)를 통과하는 공기는 온풍으로 바뀐 뒤, 차량 실내로 공급되어 차실내를 난방하게 된다.The high-temperature, high-pressure gaseous refrigerant introduced into the
계속해서, 상기 실내열교환기(110)에서 배출된 냉매는 상기 제2삼방밸브(192)를 통해 팽창라인(R3)으로 유동하게 되고, 상기 팽창라인(R3)으로 유동하는 냉매는 상기 팽창밸브(121)를 통과하는 과정에서 감압 팽창되어 저온 저압의 액상냉매가 된 후, 상기 제2바이패스라인(R4)으로 유동하게 되면서 상기 실외열교환기(130)를 바이패스하게 된다.Subsequently, the refrigerant discharged from the
이때, 냉매가 상기 실외열교환기(130)를 바이패스 하므로 저온의 실외공기 영향이 최소화 된다.At this time, since the refrigerant bypasses the outdoor heat exchanger (130), the influence of outdoor air at a low temperature is minimized.
이후, 상기 제2바이패스라인(R4)을 통과한 냉매는, 상기 삼방밸브(193)에 의해 제1바이패스라인(R1)을 통과하게 되는데, 이때 상기 제1바이패스라인(R1)을 통과하는 냉매 중 일부는 상기 제1바이패스라인(R1)상의 수냉식 열교환기(181)의 냉매 열교환부(181a)를 통과하는 과정에서 상기 냉각수 열교환부(181b)를 통과하는 냉각수와 열교환하여 차량 전장품(200)의 폐열을 회수하면서 증발되고, 일부는 상기 분기통로(313)를 통해 냉매순환통로(311)의 출구(311b)로 배출된 후 증발기(160)로 공급되어 공조케이스(150)의 내부를 유동하는 실내공기와 열교환하는 과정에서 증발하게 된다.Thereafter, the refrigerant passing through the second bypass line R4 passes through the first bypass line R1 by the three-
상기 수냉식 열교환기(181)와 증발기(160)를 각각 통과한 냉매는 합류된 후, 상기 압축기(100)로 유입되면서 상술한 바와 같은 사이클을 재순환하게 된다.
The refrigerant that has passed through the water-cooled
라. 히트펌프 모드 작동 중 제습모드la. Dehumidification mode during heat pump mode operation
히트펌프 모드 작동 중 제습모드는, 실외온도가 영상인 조건에서 작동하며, 실외공기와 차량 전장품(200)의 폐열을 열원으로 이용하는 모드로서, 도 8과 같이, 도 4의 제1난방모드로 작동 중에 실내 제습이 필요한 경우에 작동하게 된다.The dehumidification mode during the heat pump mode operation is performed under the condition that the outdoor temperature is an image, and uses the waste heat of the outdoor air and the
따라서, 도 4의 제1난방모드와 다른 부분에 대해서만 설명하기로 한다.Therefore, only the portions different from the first heating mode of FIG. 4 will be described.
상기 제습모드시에는, 제1난방모드 상태에서 상기 개폐밸브(330)를 통해 상기 분기통로(313)가 개방되게 된다.In the dehumidification mode, the
그리고, 제습모드시에는 상기 공조케이스(150)내의 온도조절도어(151)가 실내열교환기(110)(응축기 역할)를 바이패스하는 통로를 폐쇄하도록 작동하여, 블로어에 의해 공조케이스(150)내로 송풍된 공기가 상기 증발기(160)를 통과하는 과정에서 냉각된 후, 상기 실내열교환기(110)를 통과하면서 온풍으로 바뀌어 차실내로 공급됨으로서, 차실내를 난방하게 된다.In the dehumidification mode, the
이때, 상기 증발기(160)로 공급되는 냉매량이 적기 때문에 공기 냉각성능도 낮아 실내온도 변화를 최소화하게 되고, 증발기(160)를 통과하는 공기의 제습은 원활하게 이루어진다.At this time, since the amount of the refrigerant supplied to the
계속해서, 냉매 순환과정을 설명하면,Next, the refrigerant circulation process will be described.
상기 압축기(100), 실내열교환기(110), 팽창밸브(121), 실외열교환기(130)를 통과한 냉매는 상기 삼방밸브(193)에 의해 제1바이패스라인(R1)을 통과하게 되는데, 이때 상기 제1바이패스라인(R1)을 통과하는 냉매 중 일부는 상기 제1바이패스라인(R1)상의 수냉식 열교환기(181)의 냉매 열교환부(181a)를 통과하는 과정에서 상기 냉각수 열교환부(181b)를 통과하는 냉각수와 열교환하여 차량 전장품(200)의 폐열을 회수하면서 증발되고, 일부는 상기 분기통로(313)를 통해 냉매순환통로(311)의 출구(311b)로 배출된 후 증발기(160)로 공급되어 공조케이스(150)의 내부를 유동하는 공기와 열교환하는 과정에서 증발하게 된다.The refrigerant passing through the
상기 과정에서 상기 증발기(160)를 통과하는 공기의 제습이 이루어지게 되며, 상기 증발기(160)를 통과한 제습된 공기는 상기 실내열교환기(110)(응축기 역할)를 통과하면서 온풍으로 바뀐 후 차량 실내로 공급되어 제습 난방하게 된다.In the process, dehumidification of air passing through the
이후, 상기 수냉식 열교환기(181)와 증발기(160)를 각각 통과한 냉매는 합류된 후, 상기 압축기(100)로 유입되면서 상술한 바와 같은 사이클을 재순환하게 된다.
Then, the refrigerant having passed through the water-cooled
마. 히트펌프 모드 작동 중 제상모드hemp. Defrost mode during heat pump mode operation
히트펌프 모드 작동 중 제상모드는, 실외온도가 영상인 조건에서 작동하며, 실외공기와 차량 전장품(200)의 폐열을 열원으로 이용하는 모드로서, 도 9 및 도 10과 같이, 실외열교환기(130)의 적상문제(빙결)로 인해 제상이 필요한 경우에 작동하게 된다.The defrost mode during the heat pump mode operation operates under the condition that the outdoor temperature is an image, and uses the waste heat of the outdoor air and the
상기 제상모드는, 도 4의 제1난방모드로 작동 중에 상기 실외열교환기(130)의 제상이 필요한 경우, 냉매를 도 2의 에어컨 모드로 작동시켜 상기 실외열교환기(130)로 고온의 냉매를 공급하여 제상하게 된다.In the defrost mode, when the
아울러, 상기 제상모드시, 상기 차량 전장품(200)의 폐열 회수를 위한 냉각수의 순환방향은 도 4와 동일하며, 냉매만 도 2의 에어컨 모드로 작동하게 되며, 추가로 상기 개폐밸브(330)를 통해 상기 분기통로(313)를 개방되게 된다.In addition, in the defrost mode, the circulating direction of the coolant for recovering the waste heat of the vehicle
그리고, 제상모드시에는 상기 공조케이스(150)내의 온도조절도어(151)가 실내열교환기(110)(응축기 역할)를 바이패스하는 통로를 폐쇄하도록 작동하여, 블로어에 의해 공조케이스(150)내로 송풍된 공기가 상기 증발기(160)를 통과하는 과정에서 냉각된 후, 상기 실내열교환기(110)를 통과하면서 온풍으로 바뀌어 차실내로 공급됨으로서, 차실내를 난방하게 된다.In the defrost mode, the
이때, 상기 증발기(160)로 공급되는 냉매량이 적기 때문에 공기 냉각성능도 낮아 실내온도 변화를 최소화하게 된다.At this time, since the amount of the refrigerant supplied to the
계속해서, 냉매 순환과정을 설명하면,Next, the refrigerant circulation process will be described.
상기 압축기(100)에서 압축된 후 배출되는 고온 고압의 기상 냉매는 상기 공조케이스(150)의 내부에 설치된 상기 실내열교환기(110)(응축기 역할)로 공급된다.The high temperature and high pressure gaseous refrigerant discharged after being compressed by the
상기 실내열교환기(110)로 유입된 고온 고압의 기상 냉매는, 블로어를 통해 공조케이스(150)의 내부로 송풍되는 공기와 열교환하면서 응축되며, 이때 상기 실내열교환기(110)를 통과하는 공기는 온풍으로 바뀐 뒤, 차량 실내로 공급되어 차실내를 난방하게 된다.The high-temperature, high-pressure gaseous refrigerant introduced into the
계속해서, 상기 실내열교환기(110)에서 배출된 고온의 냉매는 상기 실외열교환기(130)(응축기 역할)로 유동하여 실외열교환기(130)를 제상하게 된다.Subsequently, the high temperature refrigerant discharged from the
계속해서, 상기 실외열교환기(130)를 통과한 냉매는, 상기 삼방밸브(193)를 거쳐 상기 복합밸브장치(300)의 냉매순환통로(311)상의 팽창통로(314)를 통과하는 과정에서 감압 팽창되어 저온 저압의 액상냉매가 된 후, 상기 증발기(160)측으로 공급되게 되는데, 이때 상기 팽창통로(314)를 통과한 팽창 냉매 중 일부는 상기 분기통로(313)를 통해 상기 제1바이패스라인(R1)측으로 유동하게 된다.Subsequently, the refrigerant passing through the
상기 증발기(160)로 공급된 냉매는 블로어를 통해 공조케이스(150) 내부로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발하게 되고, 상기 제1바이패스라인(R1)측으로 공급된 냉매는 상기 수냉식 열교환기(181)의 냉매 열교환부(181a)를 통과하는 과정에서 상기 냉각수 열교환부(181b)를 통과하는 냉각수와 열교환하여 차량 전장품(200)의 폐열을 회수하면서 증발하게 된다.The refrigerant supplied to the
이후, 상기 수냉식 열교환기(181)와 증발기(160)를 각각 통과한 냉매는 합류된 후, 상기 압축기(100)로 유입되면서 상술한 바와 같은 사이클을 재순환하게 된다.Then, the refrigerant having passed through the water-cooled
100: 압축기 110: 실내열교환기
115: 전기 가열식 히터
120: 팽창수단 121: 팽창밸브
130: 실외열교환기
150: 공조케이스 151: 온도조절도어
160: 증발기 170: 어큐뮬레이터
180: 열공급수단 181: 수냉식 열교환기
181a: 냉매 열교환부 181b: 냉각수 열교환부
191: 제1삼방밸브 192: 제2삼방밸브
193: 삼방밸브
200: 전장품 210: 수냉 라디에이터
220: 워터펌프 230: 냉각수 삼방밸브
300: 복합밸브장치 310: 본체
311: 냉매순환통로 313: 분기통로
314: 팽창통로 316: 관통공
320: 팽창밸브 321: 제1구동장치
322: 작동부 323: 제1개폐판
330: 개폐밸브
331: 제2구동장치 332: 작동부
333: 제2개폐판 334: 지지판
R: 냉매순환라인 R1: 제1바이패스라인
R2: 분기라인 R3: 팽창라인
R4: 제2바이패스라인100: compressor 110: indoor heat exchanger
115: Electric heater
120: expansion means 121: expansion valve
130: outdoor heat exchanger
150: air conditioning case 151: temperature control door
160: Evaporator 170: Accumulator
180: Heat supply unit 181: Water-cooled heat exchanger
181a:
191: first three-way valve 192: second three-way valve
193: three-way valve
200: Electrical equipment 210: Water-cooled radiator
220: water pump 230: cooling water three-way valve
300: composite valve device 310: main body
311: refrigerant circulation passage 313: branch passage
314: expansion passage 316: through hole
320: expansion valve 321: first drive device
322: operation unit 323: first opening and closing plate
330: on-off valve
331: second drive unit 332: operating unit
333: second opening and closing plate 334: support plate
R: refrigerant circulation line R1: first bypass line
R2: branch line R3: expansion line
R4: 2nd bypass line
Claims (9)
상기 냉매순환라인(R)을 유동하는 냉매를 팽창시키는 팽창밸브부와, 상기 분기라인(R2)을 개폐하는 개폐밸브부를 포함하여 이루어진 복합밸브장치(300)를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.Refrigerant circulation line (R) and each of the devices, including the compressor 100, the indoor heat exchanger 110, outdoor heat exchanger 130, expansion means, evaporator 160 is installed, and the refrigerant circulation line (R) A bypass line R1 installed in a specific section and allowing the refrigerant flowing along the refrigerant circulation line R to bypass the specific device according to the air conditioner mode or the heat pump mode, and the bypass line R1. In the vehicle heat pump system comprising a branch line (R2) for branching each of the refrigerant flowing along the refrigerant circulation line (R) to supply to a specific device side,
A vehicle heat pump comprising an expansion valve unit for expanding a refrigerant flowing through the refrigerant circulation line (R) and an open / close valve unit for opening and closing the branch line (R2). system.
상기 복합밸브장치(300)는,
상기 냉매순환라인(R)과 연결되어 냉매순환라인(R)을 유동하는 냉매가 통과하도록 내부에 냉매순환통로(311)가 관통 형성된 본체(310)와,
상기 본체(310)의 내부에 형성됨과 아울러 상기 냉매순환통로(311)와 상기 바이패스라인(R1)을 연통시켜 상기 분기라인(R2) 역할을 하는 분기통로(313)와,
상기 본체(310)에 설치됨과 아울러 상기 팽창밸브부 역할을 하는 것으로, 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 냉매순환통로(311)를 유동하는 냉매를 선택적으로 팽창시키는 팽창밸브(320)와,
상기 본체(310)에 설치됨과 아울러 상기 개폐밸브부 역할을 하는 것으로, 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 분기통로(313)를 선택적으로 개폐하는 개폐밸브(330)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.The method of claim 1,
The composite valve device 300,
A main body 310 having a refrigerant circulation passage 311 penetrating therein so as to be connected to the refrigerant circulation line R to allow the refrigerant flowing through the refrigerant circulation line R to pass therethrough;
A branch passage 313 formed inside the main body 310 and communicating with the refrigerant circulation passage 311 and the bypass line R1 to serve as the branch line R2;
An expansion valve 320 installed in the main body 310 and acting as the expansion valve part to selectively expand the refrigerant flowing in the refrigerant circulation passage 311 according to an air conditioner mode or a heat pump mode;
It is installed on the main body 310 and serves as the on-off valve, characterized in that it comprises an on-off valve 330 to selectively open and close the branch passage 313 in accordance with the air conditioning mode or heat pump mode. Automotive heat pump system.
상기 팽창밸브(320)는,
상기 냉매순환통로(311)의 내부에 형성되되 냉매순환통로(311)를 축소시키도록 형성되어 상기 냉매순환통로(311)를 통과하는 냉매를 팽창시키는 팽창통로(314)와,
상기 팽창통로(314)와 마주하는 상기 본체(310)의 일측면에 결합됨과 아울러 일측에는 상기 팽창통로(314)를 개폐하도록 작동하는 작동부(322)가 구비된 제1구동장치(321)로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.3. The method of claim 2,
The expansion valve 320,
An expansion passage 314 formed inside the refrigerant circulation passage 311 and formed to reduce the refrigerant circulation passage 311 to expand the refrigerant passing through the refrigerant circulation passage 311;
The first driving device 321 is coupled to one side of the main body 310 facing the expansion passage 314 and one side is provided with an operating unit 322 that operates to open and close the expansion passage 314. Vehicle heat pump system, characterized in that made.
상기 제1구동장치(321)는, 상기 작동부(322)를 직선 왕복운동시키는 스텝핑 모터인 것을 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.The method of claim 3, wherein
The first driving device (321) is a vehicle heat pump system, characterized in that the stepping motor for linearly reciprocating the operating unit (322).
상기 분기통로(313)의 내부에는 상기 개폐밸브(330)에 의해 개폐되는 개폐공(313a)이 형성되고,
상기 개폐밸브(330)는, 상기 개폐공(313a)과 마주하는 상기 본체(310)의 일측면에 결합됨과 아울러 일측에는 상기 개폐공(313a)을 향해 왕복 운동하는 작동부(332)가 구비된 제2구동장치(331)와,
상기 작동부(332)의 외주면에 구비되어 상기 작동부(332)의 작동시 상기 개폐공(313a)을 개폐하는 제2개폐판(333)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.3. The method of claim 2,
An opening and closing hole 313a which is opened and closed by the on / off valve 330 is formed in the branch passage 313.
The opening and closing valve 330 is coupled to one side of the main body 310 facing the opening and closing hole (313a), and one side is provided with an operating unit 332 for reciprocating toward the opening and closing hole (313a) The second driving device 331,
Is provided on the outer circumferential surface of the operating unit 332, the vehicle heat pump system, characterized in that made of a second opening and closing plate (333) for opening and closing the opening and closing hole (313a) during the operation of the operating unit (332).
상기 제2구동장치(331)는, 상기 작동부(332)를 직선 왕복운동시키는 솔레노이드인 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.The method of claim 5, wherein
The second driving device (331) is a vehicle heat pump system, characterized in that the solenoid to linearly reciprocate the operating unit (332).
상기 본체(310)의 냉매순환통로(311)의 입구(311a)는 상기 실외열교환기(130)의 출구측 냉매순환라인(R)과 연결되고, 출구(311b)는 상기 증발기(160)의 입구측 냉매순환라인(R)과 연결된 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.3. The method of claim 2,
The inlet 311a of the refrigerant circulation passage 311 of the main body 310 is connected to the refrigerant circulation line R of the outlet side of the outdoor heat exchanger 130, and the outlet 311b is the inlet of the evaporator 160. Vehicle heat pump system, characterized in that connected to the refrigerant circulation line (R).
상기 제2개폐판(333)과 일정간격 이격된 상기 작동부(332)의 외주면에는 상기 제2개폐판(333) 보다 큰 직경을 갖는 지지판(334)이 구비되고, 상기 분기통로(313)내의 상기 지지판(334) 일측에는 지지판(334)을 탄력적으로 지지하는 탄성부재(335)가 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.The method of claim 5, wherein
A support plate 334 having a larger diameter than the second opening and closing plate 333 is provided on an outer circumferential surface of the operation part 332 spaced apart from the second opening and closing plate 333 by a predetermined distance, and in the branch passage 313. One side of the support plate 334 is a vehicle heat pump system, characterized in that the elastic member 335 is installed to support the support plate 334 elastically.
상기 바이패스라인(R1)은, 상기 실외열교환기(130)의 출구측 냉매순환라인(R)과 상기 증발기(160)의 출구측 냉매순환라인(R)을 연결하도록 설치되고,
상기 실외열교환기(130)의 출구측 냉매순환라인(R)과 상기 바이패스라인(R1)의 분기지점에는 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 냉매 유동방향을 전환하는 삼방밸브(193)가 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.The method of claim 1,
The bypass line R1 is installed to connect the outlet side refrigerant circulation line R of the outdoor heat exchanger 130 and the outlet side refrigerant circulation line R of the evaporator 160.
The three-way valve (193) for switching the refrigerant flow direction in accordance with the air conditioning mode or the heat pump mode is installed at the branch point of the outlet refrigerant circulation line (R) and the bypass line (R1) of the outdoor heat exchanger (130) A vehicle heat pump system.
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