KR20250068356A

KR20250068356A - 차량용 히트펌프 시스템

Info

Publication number: KR20250068356A
Application number: KR1020230154759A
Authority: KR
Inventors: 김재완; 안호찬; 권순범; 김연호; 심동준; 정호영; 박만희; 김영준; 김재연; 김정근
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2023-11-09
Filing date: 2023-11-09
Publication date: 2025-05-16
Also published as: CN119953126A; US20250153540A1

Abstract

차량용 히트펌프 시스템이 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 차량 실내의 공조를 위해 선택된 적어도 하나의 모드에서 선택적으로 작동하는 가스 인젝션 장치를 적용하여 냉매의 유량을 증대시킴으로써, 냉방 및 난방 성능을 향상시킬 수 있도록 압축기, HVAC 모듈, 열교환기, 제1 팽창밸브, 가스 인젝션 장치, 제1 밸브, 제1 연결라인, 및 제2 연결라인을 포함하고, 차량 실내의 온도 조절을 위한 적어도 하나의 모드에 따라 냉매의 유동 흐름이 제어될 수 있다.

Description

차량용 히트펌프 시스템{HEAT PUMP SYSTEM FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 히트펌프 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선택된 차량 실내의 공조모드에서 선택적으로 작동하는 가스 인젝션 장치를 적용하여 냉방 및 난방 성능을 향상시키도록 하는 차량용 히트펌프 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 자동차용 공기조화 시스템은 자동차의 실내를 난방하거나 냉방하기 위하여 냉매를 순환시키는 에어컨 장치를 포함한다.

이러한 에어컨 장치는 외부의 온도변화에 관계없이 자동차 실내의 온도를 적당한 온도로 유지하여 쾌적한 실내환경을 유지할 수 있도록 하는 것으로 압축기의 구동에 의하여 토출되는 냉매가 응축기, 리시버 드라이어, 팽창밸브 및 증발기를 거쳐 다시 압축기로 순환하는 과정에서 응축기와 증발기에 의한 열 교환에 의하여 자동차의 실내를 난방 또는 냉방하도록 구성된다.

즉, 에어컨 장치는 여름철 냉방모드 시에는 압축기로부터 압축된 고온, 고압의 기상냉매가 응축기를 통하여 응축된 후 리시버 드라이어 및 팽창밸브를 거쳐 증발기에서의 증발을 통하여 실내의 온도 및 습도를 낮추게 된다.

한편, 최근 에너지 효율과 환경오염 문제에 대한 관심이 날로 커지면서 내연기관 자동차를 실질적으로 대체할 수 있는 친환경 자동차의 개발이 요구되고 있으며, 이러한 친환경 자동차는 보통 연료전지나 전기를 동력원으로 하여 구동되는 전기 자동차나, 엔진과 배터리를 이용하여 구동되는 하이브리드 자동차로 구분된다.

이러한 친환경 차량 중, 전기자동차 또는 하이브리드 차량에는 일반 차량의 공기조화장치와는 달리 별도의 히터가 사용되지 않으며, 친환경 차량에 적용되는 공기조화장치를 통상적으로 히트펌프 시스템이라 한다.

한편, 연료전지를 동력원으로 하여 구동되는 전기 자동차의 경우에는 산소와 수소의 화학적 반응 에너지를 전기 에너지로 전환하여 구동력을 발생시키게 되며, 이 과정에서 연료전지 내의 화학적 반응에 의해 열에너지가 발생되는 바, 발생된 열을 효과적으로 제거하는 것이 연료전지의 성능 확보에 있어 필수적이다.

그리고 하이브리드 자동차에서도 일반적인 연료로 작동하는 엔진과 함께, 상기한 연료전지나, 전기 배터리로부터 공급되는 전기를 이용해 모터를 구동시켜 구동력을 발생시키게 되는 바, 연료전지나 배터리, 및 모터로부터 발생되는 열을 효과적으로 제거해야만 모터의 성능을 확보할 수 있게 된다.

이에 따라, 종래 기술에 따른 하이브리드 차량이나 전기 자동차에서는 모터와 전장품, 및 연료전지를 포함하는 배터리의 발열을 방지하도록 냉각수단, 및 히트펌프 시스템과 함께, 배터리 냉각 시스템이 각각 별도의 밀폐회로로 구성해야만 한다.

따라서, 차량의 전방에 배치되는 쿨링모듈의 크기 및 중량이 증가되고, 엔진룸 내부에서 각각의 히트펌프 시스템과 냉각수단 및 배터리 냉각 시스템으로 냉매 또는 냉각수를 공급하는 연결배관들의 레이아웃이 복잡해지는 단점이 있다.

또한, 배터리가 최적성능을 발휘되도록 차량의 상태에 따라 배터리를 승온 또는 냉각시키는 배터리 냉각 시스템이 별도로 구비되는 바, 각 연결배관과 연결하기 위한 다수개의 밸브가 적용되고, 이 밸브들의 빈번한 개폐작동으로 인한 소음 및 진동이 차량 실내로 전달되어 승차감이 저하되는 단점도 있다.

또한, 차량 실내를 난방할 경우에는 열원의 부족으로 인해 난방성능이 저하되고, 전기히터의 사용으로 인해 전기 소모량이 증가되며, 압축기의 소모동력이 증대되는 등의 단점도 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 차량 실내의 공조를 위해 선택된 적어도 하나의 모드에서 선택적으로 작동하는 가스 인젝션 장치를 적용하여 냉매의 유량을 증대시킴으로써, 냉방 및 난방 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 차량용 히트펌프 시스템을 제공하고자 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 냉매를 압축하는 압축기; 내부 컨덴서와 증발기가 내부에 구비되는 HVAC모듈; 상기 압축기와 냉매라인을 통해 연결되는 열교환기; 상기 열교환기와 상기 증발기의 사이에서 상기 냉매라인에 구비되는 제1 팽창밸브; 상기 내부 컨덴서, 또는 상기 열교환기와 연결되며, 상기 내부 컨덴서로부터 공급되는 냉매, 또는 상기 열교환기로부터 공급되는 냉매를 선택적으로 팽창시켜 유동시키고, 공급된 냉매 중, 일부의 냉매를 상기 압축기에 선택적으로 공급하여 상기 냉매라인을 순환하는 냉매의 유량을 증대시키는 가스 인젝션 장치; 상기 압축기와 상기 열교환기의 사이에서 상기 냉매라인에 구비되는 제1 밸브; 일단이 상기 제1 밸브에 연결되고, 타단은 상기 내부 컨덴서에 연결되는 제1 연결라인; 및 일단이 상기 내부 컨덴서에 연결되고, 타단은 상기 가스 인젝션 장치에 연결되는 제2 연결라인; 을 포함하고, 차량 실내의 온도 조절을 위한 적어도 하나의 모드에 따라 냉매의 유동 흐름이 제어될 수 있다.

상기 열교환기와 상기 제1 팽창밸브의 사이에서 상기 냉매라인에 구비되는 제2 밸브; 일단이 상기 제2 밸브에 연결되고, 타단은 상기 제2 연결라인에 연결되는 제3 연결라인; 및 일단이 상기 제2 밸브에 연결되고, 타단은 상기 압축기와 상기 증발기의 사이에서 상기 냉매라인에 연결되는 제4 연결라인; 을 더 포함할 수 있다.

상기 가스 인젝션 장치는 내부로 유입된 냉매 중, 기체 냉매와 액체 냉매를 분리하여 선택적으로 배출하는 기액 분리기(gas-liquid separator); 상기 제2 연결라인의 타단이 연결되는 제2 팽창밸브; 상기 내부 컨덴서와 상기 제2 팽창밸브의 사이에서 일단이 상기 제2 연결라인에 연결되고, 타단은 상기 기액 분리기에 연결되는 제1 라인; 상기 제1 라인에 구비되는 제3 팽창밸브; 일단이 상기 제2 팽창밸브에 연결되고, 타단은 상기 기액 분리기에 연결되는 제2 라인; 및 일단이 상기 기액 분리기에 연결되고, 타단은 상기 압축기에 연결되는 공급 라인; 를 포함할 수 있다.

상기 기액 분리기는 차량 실내를 냉방 또는 난방하는 상태에서, 상기 제3 팽창밸브가 냉매를 팽창시켜 공급할 경우에 작동되며, 공급된 냉매 중, 기체 냉매를 상기 공급 라인을 통해 상기 압축기에 공급하여 상기 냉매라인을 순환하는 냉매의 유량을 증대시킬 수 있다.

상기 가스 인젝션 장치는 일단이 상기 제2 팽창밸브에 연결되고, 타단은 상기 제1 밸브와 상기 열교환기의 사이에서 상기 냉매라인에 연결되는 제3 라인; 을 더 포함할 수 있다.

상기 기액 분리기와 상기 제2 팽창밸브의 사이에서 일단이 상기 제2 라인에 연결되고, 타단은 상기 제1 팽창밸브와 상기 증발기의 사이에서 상기 냉매라인에 연결되는 제5 연결라인; 및 상기 제5 연결라인에 구비되는 제4 팽창밸브; 를 더 포함할 수 있다.

상기 적어도 하나의 모드는 상기 기액 분리기가 작동되고, 차량 실내를 냉방하기 위한 제1 모드; 상기 기액 분리기가 작동되고, 차량 실내를 난방하기 위한 제2 모드; 상기 기액 분리기가 작동되고, 차량 실내를 난방 및 제습하기 위한 제3 모드; 상기 기액 분리기가 작동되지 않고, 차량 실내를 냉방하기 위한 제4 모드; 및 상기 기액 분리기가 작동되지 않고, 차량 실내를 난방하기 위한 제5 모드; 를 포함할 수 있다.

상기 제1 모드일 경우, 상기 제1 팽창밸브의 작동이 정지되며, 상기 제1 연결라인은 상기 제1 밸브의 작동에 의해 폐쇄되고, 상기 내부 컨덴서에 연결된 일부의 제2 연결라인이 폐쇄되며, 상기 제3 연결라인의 타단에 연결되고, 상기 제1 라인에 연결되는 일부의 상기 제2 연결라인이 개방되고, 상기 제3 연결라인은 상기 제2 밸브의 작동에 의해 개방되며, 상기 제4 연결라인은 상기 제2 밸브의 작동에 의해 폐쇄되고, 상기 제5 연결라인은 상기 제4 팽창밸브의 작동에 의해 개방되며, 상기 제2 밸브와 상기 제1 팽창밸브를 연결하는 상기 냉매라인이 폐쇄되고, 상기 제2 팽창밸브의 작동이 정지되며, 상기 제1 라인은 상기 제3 팽창밸브의 작동에 의해 개방되고, 상기 기액 분리기와 상기 제5 연결라인의 일단을 연결하는 일부의 상기 제2 라인이 개방되며, 상기 제3 라인은 상기 제2 팽창밸브의 작동에 의해 폐쇄되고, 상기 공급 라인이 개방되며, 상기 기액 분리기는 공급된 냉매 중, 기체 상태의 냉매를 개방된 상기 공급 라인을 통해 상기 압축기로 공급하고, 액체 상태의 냉매를 상기 제2 라인과 연결된 상기 제5 연결라인으로 배출할 수 있다.

상기 제3 팽창밸브는 상기 열교환기로부터 상기 제3 연결라인, 일부의 상기 제2 연결라인, 및 상기 제1 라인을 통해 유입된 냉매를 팽창시켜 상기 기액 분리기로 공급하고, 상기 제4 팽창밸브는 상기 기액 분리기로부터 일부의 상기 제2 라인과 상기 제5 연결라인을 통해 유입된 냉매를 팽창시켜 상기 증발기로 공급할 수 있다.

상기 제2 모드일 경우, 상기 제1 팽창밸브의 작동이 정지되고, 상기 제1 밸브와 상기 제3 라인의 타단을 연결하는 상기 냉매라인은 상기 제1 밸브의 작동에 의해 폐쇄되며, 상기 제1 연결라인은 상기 제1 밸브의 작동에 의해 개방되고, 상기 제2 연결라인이 개방되며, 상기 제3 연결라인은 상기 제2 밸브의 작동에 의해 폐쇄되며, 상기 제4 연결라인은 상기 제2 밸브의 작동에 의해 개방되고, 상기 제5 연결라인은 상기 제4 팽창밸브의 작동에 의해 폐쇄되며, 상기 제2 밸브로부터 상기 제4 연결라인의 타단까지 연결하는 상기 냉매라인은 폐쇄되고, 상기 제1 라인은 상기 제3 팽창밸브의 작동에 의해 개방되며, 상기 제2 라인은 상기 제2 팽창밸브의 작동에 의해 개방되고, 상기 제2 연결라인은 상기 제2 팽창밸브의 작동에 의해 상기 제2 라인과 연결되지 않고, 상기 공급 라인이 개방되며, 상기 제3 라인은 상기 제2 팽창밸브의 작동에 의해 개방되고, 상기 기액 분리기는 공급된 냉매 중, 기체 상태의 냉매를 개방된 상기 공급 라인을 통해 상기 압축기로 공급하고, 액체 상태의 냉매를 상기 제2 라인을 통해 상기 제2 팽창밸브로 배출할 수 있다.

상기 제2 팽창밸브는 상기 기액 분리기로부터 상기 제2 라인으로 배출된 냉매를 팽창시켜 상기 제3 라인으로 배출하고, 상기 제3 팽창밸브는 상기 내부 컨덴서로부터 상기 제2 연결라인과 상기 제1 라인을 통해 유입된 냉매를 팽창시켜 상기 기액 분리기로 공급하고, 상기 제4 팽창밸브의 작동이 정지될 수 있다.

상기 제3 모드일 경우, 상기 제1 팽창밸브의 작동이 정지되고, 상기 제1 밸브와 상기 제3 라인의 타단을 연결하는 상기 냉매라인은 상기 제1 밸브의 작동에 의해 폐쇄되며, 상기 제1 연결라인은 상기 제1 밸브의 작동에 의해 개방되고, 상기 제2 연결라인이 개방되며, 상기 제3 연결라인은 상기 제2 밸브의 작동에 의해 폐쇄되며, 상기 제4 연결라인은 상기 제2 밸브의 작동에 의해 개방되고, 상기 제5 연결라인은 상기 제4 팽창밸브의 작동에 의해 개방되며, 상기 제2 밸브로부터 상기 제5 연결라인의 타단까지 연결하는 상기 냉매라인은 폐쇄되고, 상기 제1 라인은 상기 제3 팽창밸브의 작동에 의해 개방되며, 상기 제2 라인은 상기 제2 팽창밸브의 작동에 의해 개방되고, 상기 제2 연결라인은 상기 제2 팽창밸브의 작동에 의해 상기 제2 라인과 연결되지 않고, 상기 공급 라인이 개방되며, 상기 제3 라인은 상기 제2 팽창밸브의 작동에 의해 개방되고, 상기 제5 연결라인에는 상기 기액 분리기로부터 상기 제2 라인으로 배출된 냉매 중 일부의 냉매가 유동되며, 상기 기액 분리기는 공급된 냉매 중, 기체 상태의 냉매를 개방된 상기 공급 라인을 통해 상기 압축기로 공급하고, 액체 상태의 냉매를 상기 제2 라인으로 배출할 수 있다.

상기 제2 팽창밸브는 상기 기액 분리기로부터 상기 제2 라인으로 배출된 냉매 중 나머지 냉매를 팽창시켜 상기 제3 라인으로 배출하고, 상기 제3 팽창밸브는 상기 내부 컨덴서로부터 상기 제2 연결라인과 상기 제1 라인을 통해 유입된 냉매를 팽창시켜 상기 기액 분리기로 공급하며, 상기 제4 팽창밸브는 상기 기액 분리기로부터 상기 제2 라인과 상기 제5 연결라인을 통해 유입된 냉매를 팽창시켜 상기 증발기로 공급할 수 있다.

상기 제4 모드일 경우, 상기 압축기, 상기 열교환기, 및 상기 증발기가 상기 냉매라인을 통해 상호 연결되도록 상기 제1 팽창밸브의 작동에 의해 상기 냉매라인이 개방되고, 상기 제1 연결라인은 상기 제1 밸브의 작동에 의해 폐쇄되며, 상기 제2 연결라인이 폐쇄되고, 상기 제3 연결라인과 상기 제4 연결라인이 상기 제2 밸브의 작동에 의해 폐쇄되며, 상기 제5 연결라인은 상기 제4 팽창밸브의 작동에 의해 폐쇄되며, 상기 제1 라인은 상기 제3 팽창밸브의 작동에 의해 폐쇄되고, 상기 제2 라인은 상기 제2 팽창밸브의 작동에 의해 폐쇄되며, 상기 공급 라인이 폐쇄되고, 상기 제3 라인은 상기 제2 팽창밸브의 작동에 의해 폐쇄될 수 있다.

상기 제1 팽창밸브는 상기 열교환기로부터 공급된 냉매를 팽창시켜 상기 증발기에 공급하며, 상기 제2 팽창밸브, 상기 제3 팽창밸브, 및 상기 제4 팽창밸브의 작동이 정지될 수 있다.

상기 제5 모드일 경우, 상기 제1 팽창밸브의 작동이 정지되고, 상기 제1 밸브와 상기 제3 라인의 타단을 연결하는 상기 냉매라인은 상기 제1 밸브의 작동에 의해 폐쇄되며, 상기 제1 연결라인은 상기 제1 밸브의 작동에 의해 개방되고, 상기 제2 연결라인이 개방되며, 상기 제3 연결라인은 상기 제2 밸브의 작동에 의해 폐쇄되며, 상기 제4 연결라인은 상기 제2 밸브의 작동에 의해 개방되고, 상기 제5 연결라인은 상기 제4 팽창밸브의 작동에 의해 폐쇄되며, 상기 제2 밸브로부터 상기 제4 연결라인의 타단까지 연결하는 상기 냉매라인은 폐쇄되고, 상기 제1 라인은 상기 제3 팽창밸브의 작동에 의해 폐쇄되며, 상기 제2 라인은 상기 제2 팽창밸브의 작동에 의해 폐쇄되고, 상기 공급 라인이 폐쇄되며, 상기 제3 라인이 상기 제2 팽창밸브의 작동에 의해 개방되고, 상기 제2 연결라인이 상기 제2 팽창밸브의 작동에 의해 상기 제3 라인과 연결될 수 있다.

상기 제2 팽창밸브는 상기 내부 컨덴서로부터 상기 제2 연결라인을 통해 공급된 냉매를 팽창시켜 상기 제3 라인으로 배출하고, 상기 제3 팽창밸브와 상기 제4 팽창밸브의 작동이 정지될 수 있다.

상기 열교환기는 상기 제1 모드와 상기 제4 모드에서 공급된 냉매를 응축시킬 수 있다.

상기 열교환기는 상기 제2 모드, 상기 제3 모드, 및 상기 제5 모드에서 공급된 냉매를 증발시킬 수 있다.

상기 제1 팽창밸브, 상기 제3 팽창밸브, 및 상기 제4 팽창밸브는 상기 적어도 하나의 모드에서 선택적으로 작동되고, 공급된 냉매의 유동흐름을 제어하면서 상기 냉매를 선택적으로 팽창시키는 2-Way 팽창밸브 일 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에 의하면, 차량 실내의 공조를 위해 선택된 적어도 하나의 모드에서 선택적으로 작동하는 가스 인젝션 장치를 적용하여 냉매의 유량을 증대시킴으로써, 냉방 및 난방 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 구성요소를 최소화하면서도 가스 인젝션 장치를 이용하여 시스템의 성능을 극대화시킬 수 있어 시스템의 간소화 및 단순화를 도모할 수 있다.

나아가, 본 발명은 전체 시스템의 간소화를 통해 제작원가 절감 및 중량 축소가 가능하고, 공간 활용성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 제1 모드에 따른 작동 상태도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 제2 모드에 따른 작동 상태도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 제3 모드에 따른 작동 상태도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 제4 모드에 따른 작동 상태도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 제5 모드에 따른 작동 상태도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

이에 앞서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 “...유닛”, “...수단”, “...부”, “...부재” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 블록 구성도이다.

본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 차량 실내의 공조를 위해 선택된 적어도 하나의 모드에서 선택적으로 작동하는 가스 인젝션 장치(50)를 적용하여 냉방 및 난방 성능을 향상시킬 수 있다.

도 1을 참조하면, 상기 히트펌프 시스템은 압축기(10), HVAC 모듈(12), 내부 컨덴서(13), 열교환기(14), 제1 팽창밸브(15), 증발기(17), 제1 밸브(V1), 제2 밸브(V2), 제1 연결라인(21), 제2 연결라인(22), 제3 연결라인(23), 제4 연결라인(24), 및 가스 인젝션 장치(50)를 포함할 수 있다.

먼저, 상기 압축기(10)는 공급된 냉매를 압축할 수 있다.

상기 HVAC 모듈(Heating, Ventilation, and Air Conditioning Module : 12)은 상기 압축기(10)와 냉매라인(11)을 통해 연결되는 상기 증발기(17)와, 상기 내부 컨덴서(13)가 내부에 구비될 수 있다.

이러한 HVAC 모듈(12)은 차량 실내의 냉방 모드, 난방 모드, 및 난방-제습 모드에 따라, 상기 증발기(17)를 통과한 외기가 상기 내부 컨덴서(13)에 유입될 수 있다.

상기 열교환기(14)는 상기 압축기(10)와 상기 냉매라인(11)을 통해 연결될 수 있다. 이러한 열교환기(14)는 상기 압축기(10)로부터 선택적으로 공급된 냉매를 외기 또는 냉각수와 같은 작동유체와 열 교환시켜 냉매를 선택적으로 응축 또는 증발시킬 수 있다.

즉, 상기 열교환기(14)는 공랭식 또는 수랭식 열교환기로 구성될 수 있다.

상기 제1 팽창밸브(15)는 상기 열교환기(14)와 상기 증발기(17)의 사이에서 상기 냉매라인(11)에 구비될 수 있다.

본 실시예에서, 상기 증발기(17)는 상기 제1 팽창밸브(16)와 상기 냉매라인(11)을 통해 연결된다. 이러한 증발기(17)는 팽창된 냉매가 유입될 경우, 상기 HVAC 모듈로 유입된 공기와 열 교환시켜 냉매를 증발시킬 수 있다.

상기 제1 밸브(V1)는 상기 압축기(10)와 상기 열교환기(14)의 사이에서 상기 냉매라인(11)에 구비될 수 있다.

상기 제1 연결라인(21)의 일단은 상기 제1 밸브(V1)에 연결될 수 있다. 이러한 제1 연결라인(21)의 타단은 상기 내부 컨덴서(13)에 연결될 수 있다.

상기 제2 연결라인(22)의 일단은 상기 내부 컨덴서(13)에 연결될 수 있다. 이러한 제2 연결라인(22)의 타단은 상기 가스 인젝션 장치(50)에 연결될 수 있다.

본 실시예에서, 상기 제2 밸브(V2)는 상기 열교환기(14)와 상기 제1 팽창밸브(15)의 사이에서 상기 냉매라인(11)에 구비될 수 있다.

상기 제3 연결라인(23)의 일단은 상기 제2 밸브(V2)에 연결될 수 있다. 이러한 제3 연결라인(23)의 타단은 상기 제2 연결라인(22)에 연결될 수 있다.

상기 제4 연결라인(24)의 일단은 상기 제2 밸브(V2)에 연결될 수 있다. 이러한 제4 연결라인(24)의 타단은 상기 압축기(10)와 상기 증발기(17)의 사이에서 상기 냉매라인(11)에 연결될 수 있다.

그리고 상기 가스 인젝션 장치(50)는 상기 내부 컨덴서(13), 또는 상기 열교환기(14)와 연결될 수 있다.

이러한 가스 인젝션 장치(50)는 상기 내부 컨덴서(13)로부터 공급되는 냉매, 또는 상기 열교환기(14)로부터 공급되는 냉매를 선택적으로 팽창시켜 유동시킬 수 있다.

이와 동시에, 상기 가스 인젝션 장치(50)는 공급된 냉매 중, 일부의 냉매를 상기 압축기(10)에 선택적으로 공급하여 상기 냉매라인(11)을 순환하는 냉매의 전체적인 유량을 증대시킬 수 있다.

여기서, 상기 가스 인젝션 장치(50)는 기액 분리기(51), 제2 팽창밸브(52), 제1 라인(53), 제2 라인(54), 제3 팽창밸브(55), 공급 라인(56), 및 제3 라인(57)을 포함할 수 있다.

먼저, 상기 기액 분리기(51)는 내부로 유입된 냉매 중, 기체 냉매와 액체 냉매를 분리하여 선택적으로 배출할 수 있다.

상기 제2 팽창밸브(52)는 상기 제2 연결라인(22)의 타단이 연결될 수 있다.

본 실시예에서, 상기 제1 라인(53)의 일단은 상기 내부 컨덴서(13)와 상기 제2 팽창밸브(52)의 사이에서 상기 제2 연결라인(22)에 연결될 수 있다. 이러한 제1 라인(53)의 타단은 상기 기액 분리기(51)에 연결될 수 있다.

상기 제2 라인(54)의 일단은 상기 제2 팽창밸브(52)에 연결될 수 있다. 이러한 제2 라인(54)의 타단은 상기 기액 분리기(51)에 연결될 수 있다.

이와 같이 구성되는 상기 제2 라인(54)에는 차량 실내의 냉방 또는 난방 시에 상기 기액 분리기(51)로부터 배출된 액체 상태의 냉매가 유동될 수 있다.

상기 제3 팽창밸브(55)는 상기 제1 라인(53)에 구비될 수 있다. 이러한 제3 팽창밸브(55)는 상기 제1 라인(53)을 통해 유입된 냉매를 선택적으로 팽창시켜 상기 기액 분리기(51)에 공급할 수 있다.

즉, 상기 기액 분리기(51)는 차량 실내를 냉방 또는 난방하는 상태에서, 상기 제3 팽창밸브(55)가 냉매를 팽창시켜 공급할 경우에 작동될 수 있다.

본 실시예에서, 상기 공급 라인(56)의 일단은 상기 기액 분리기(51)에 연결될 수 있다. 이러한 공급 라인(56)의 타단은 상기 압축기(10)에 연결될 수 있다.

이와 같이 구성되는 상기 공급 라인(56)은 상기 기액 분리기(51)로부터 배출된 기체 상태의 냉매를 상기 압축기(10)에 선택적으로 공급할 수 있다.

여기서, 상기 기액 분리기(51)는 공급된 냉매 중, 기체 냉매를 상기 공급 라인(56)을 통해 상기 압축기(10)에 공급하여 상기 냉매라인(11)을 순환하는 냉매의 유량을 증대시킬 수 있다.

그리고 상기 제3 라인(57)의 일단은 상기 제2 팽창밸브(52)에 연결될 수 있다. 이러한 제3 라인(57)의 타단은 상기 제1 밸브(V1)와 상기 열교환기(14)의 사이에서 상기 냉매라인(11)에 연결될 수 있다.

한편, 상기 히트펌프 시스템은 제5 연결라인(25)과 제4 팽창밸브(60)를 더 포함할 수 있다.

상기 제5 연결라인(25)의 일단은 상기 기액 분리기(51)와 상기 제2 팽창밸브(52)의 사이에서 상기 제2 라인(54)에 연결될 수 있다. 상기 제5 연결라인(25)의 타단은 상기 제1 팽창밸브(15)와 상기 증발기(17)의 사이에서 상기 냉매라인(11)에 연결될 수 있다.

그리고 상기 제4 팽창밸브(60)는 상기 제5 연결라인(25)에 구비될 수 있다. 이러한 제4 팽창밸브(60)는 상기 제5 연결라인(25)으로 유입된 냉매를 선택적으로 팽창시킬 수 있다.

여기서, 상기 제1 밸브(V1)는 냉매의 유동흐름을 제어하면서, 유량의 분배가 가능한 3-Way 밸브일 수 있다. 그리고 상기 제2 밸브(V2)는 냉매의 유동흐름을 제어하면서 유량의 분배가 가능한 4-Way 밸브일 수 있다.

또한, 상기 제1 팽창밸브(15), 상기 제2 팽창밸브(52), 상기 제3 팽창밸브(55), 및 상기 제4 팽창밸브(60)는 적어도 하나의 모드에서 선택적으로 작동될 수 있다.

즉, 상기 제1 팽창밸브(15), 상기 제3 팽창밸브(55), 및 상기 제4 팽창밸브(60)는 공급된 냉매의 유동흐름을 제어하면서 상기 냉매를 선택적으로 팽창시키는 2-Way 팽창밸브 일 수 있다.

그리고 상기 제2 팽창밸브(52)는 공급된 냉매의 유동흐름을 제어하면서 상기 냉매를 선택적으로 팽창시키는 3-Way 팽창밸브 일 수 있다.

이와 같이 구성되는 상기 히트펌프 시스템은 차량 실내의 온도 조절을 위한 적어도 하나의 모드에 따라 냉매의 유동 흐름이 제어될 수 있다.

여기서, 상기 적어도 하나의 모드는 제1 모드 내지 제5 모드를 포함할 수 있다.

먼저, 상기 제1 모드는 상기 기액 분리기(51)가 작동되고, 차량 실내를 냉방할 수 있다.

상기 제2 모드는 상기 기액 분리기(51)가 작동되고, 차량 실내를 난방할 수 있다.

상기 제3 모드는 상기 기액 분리기(51)가 작동되고, 차량 실내를 난방 및 제습할 수 있다.

상기 제4 모드는 상기 기액 분리기(51)가 작동되지 않고, 차량 실내를 냉방할 수 있다.

그리고 상기 제5 모드는 상기 기액 분리기(51)가 작동되지 않고, 차량 실내를 난방할 수 있다.

여기서, 상기 열교환기(14)는 상기 제1 모드와 상기 제4 모드에서 공급된 냉매를 응축시킬 수 있다.

이와는 반대로, 상기 열교환기(14)는 상기 제2 모드, 상기 제3 모드, 및 상기 제5 모드에서 공급된 냉매를 증발시킬 수 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 히트펌프 시스템의 각 모드별 작동 및 작용을 첨부한 도 2 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 히트펌프 시스템에서 상기 기액 분리기(50)가 작동되고, 차량 실내를 냉방하기 위한 제1 모드에 따른 작동을 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 제1 모드에 따른 작동 상태도이다.

도 2를 참조하면, 상기 제1 모드일 경우, 차량 실내를 냉방하기 위하여 상기 압축기(10)는 상기 냉매라인(11)을 따라 냉매가 유동되도록 작동된다.

여기서, 상기 제1 팽창밸브(15)는 작동이 정지될 수 있다.

이와 동시에, 상기 제1 연결라인(21)은 상기 제1 밸브(V1)의 작동에 의해 폐쇄될 수 있다.

상기 내부 컨덴서(13)에 연결된 일부의 상기 제2 연결라인(22)은 폐쇄될 수 있다. 보다 상세하게, 상기 제2 연결라인(22)은 상기 내부 컨덴서(13)와 상기 제3 연결라인(23)의 타단을 연결하는 일부분이 폐쇄된다.

이와 동시에, 상기 제3 연결라인(23)의 타단에 연결되고, 상기 제1 라인(53)에 연결되는 일부의 상기 제2 연결라인(22)은 개방될 수 있다. 즉, 상기 제3 연결라인(23)이 상기 제1 라인(53)에 연결되도록 상기 제3 연결라인(23)의 타단과 상기 제1 라인(53)의 일단을 연결하는 상기 제2 연결라인(22)이 개방된다.

본 실시예에서, 상기 제3 연결라인(23)은 상기 제2 밸브(V2)의 작동에 의해 개방될 수 있다. 상기 제4 연결라인(24)은 상기 제2 밸브(V2)의 작동에 의해 폐쇄될 수 있다.

여기서, 상기 제2 밸브(V2)와 상기 제1 팽창밸브(15)를 연결하는 상기 냉매라인(11)은 상기 제1 팽창밸브(15)와 상기 제2 밸브(V2)의 작동에 의해 폐쇄될 수 있다.

또한, 상기 제2 팽창밸브(52)의 작동이 정지될 수 있다.

그리고 상기 제5 연결라인(25)은 상기 제4 팽창밸브(60)의 작동에 의해 개방될 수 있다.

한편, 상기 제1 라인(53)은 상기 제3 팽창밸브(55)의 작동에 의해 개방될 수 있다. 이와 동시에, 상기 기액 분리기(51)와 상기 제5 연결라인(25))의 일단을 연결하는 일부의 상기 제2 라인(54)이 개방될 수 있다. 상기 공급 라인(56)은 개방될 수 있다.

그리고 상기 제3 라인(57)은 상기 제2 팽창밸브(52)의 작동에 의해 폐쇄될 수 있다.

그러면, 상기 압축기(10)에서 상기 열교환기(14)로 유입된 냉매는 외기 또는 냉각수와 같은 작동유체와 열 교환되면서 응축될 수 있다.

그런 후, 상기 열교환기(14)에서 응축된 냉매는 상기 냉매라인(11)을 따라 상기 제2 밸브(V2)로 유입된다. 상기 제2 밸브(V2)는 상기 냉매라인(11)으로 공급된 냉매를 상기 제3 연결라인(23)으로 유동시킬 수 있다.

상기 제3 연결라인(23)을 따라 유동된 냉매는 개방된 일부의 상기 제2 연결라인(22)을 따라 유동되고, 상기 제1 라인(53)으로 유입될 수 있다.

이 때, 상기 제3 팽창밸브(55)는 상기 열교환기(14)로부터 상기 제3 연결라인(23), 일부의 상기 제2 연결라인(22), 및 상기 제1 라인(53)을 통해 유입된 냉매를 팽창시켜 상기 기액 분리기(51)로 공급할 수 있다.

여기서, 상기 기액 분리기(51)는 상기 제3 팽창밸브(55)로부터 상기 제1 라인(53)을 통해 공급된 냉매 중, 기체 상태의 냉매를 개방된 상기 공급 라인(56)을 통해 상기 압축기(10)로 공급할 수 있다.

즉, 상기 가스 인젝션 장치(50)는 상기 기액 분리기(51)를 통과하면서 분리된 기체상태의 냉매를 상기 공급 라인(56)을 통해 상기 압축기(10)로 다시 유입시킴으로써, 상기 냉매라인(11)을 순환하는 냉매의 유량을 증대시킬 수 있다.

한편, 상기 기액 분리기(51)는 상기 제1 라인(53)을 통해 공급된 냉매 중, 액체 상태의 냉매를 상기 제2 라인(54)과 연결된 상기 제5 연결라인(25)으로 배출할 수 있다.

여기서, 상기 제4 팽창밸브(60)는 상기 기액 분리기(51)로부터 일부의 상기 제2 라인(54)과 상기 제5 연결라인(25)을 통해 유입된 냉매를 팽창시켜 상기 증발기(17)로 공급할 수 있다.

여기서, HVAC 모듈(12)로 유입되는 외기는 상기 증발기(17)로 유입된 저온 상태의 냉매에 의해 상기 증발기(17)를 통과하면서 냉각된다.

냉각된 외기는 냉매가 공급되지 않은 상기 내부 컨덴서(13)를 통과한 후, 차량 실내로 직접 유입됨으로써, 차량 실내를 냉방할 수 있다.

한편, 상기 증발기(17)를 통과한 냉매는 상기 압축기(10)로 유입될 수 있다.

즉, 상기 압축기(10)에는 상기 증발기(17)를 통과한 냉매와, 상기 기액 분리기(51)로부터 상기 공급 라인(56)을 통해 공급된 냉매가 유입될 수 있다. 유입된 냉매는 상기 압축기(10)의 작동에 의해 압축될 수 있다.

상기 압축기(10)에서 압축된 냉매는 상기 열교환기(14)를 통과한 후, 상기 냉매라인(11)을 따라 상기 제2 밸브(V2)로 유동된다.

그런 후, 상기 히트펌프 시스템은 전술한 과정을 반복 수행할 수 있다.

즉, 상기 히트펌프 시스템은 전술한 바와 같은 작동을 반복 수행하면서, 상기 냉매라인(11)을 따라 유동되는 냉매의 유량을 증대시킬 수 있다.

또한, 상기 히트펌프 시스템은 상기 냉매라인(11)을 따라 유동되는 냉매의 유량을 증대시킴으로써, 전체적인 냉방성능 및 효율을 향상시키고, 차량 실내를 효율적으로 냉방할 수 있다.

본 실시예에서, 상기 기액 분리기(51)가 작동되고, 차량 실내를 난방하기 위한 제2 모드에 따른 작동을 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 제2 모드에 따른 작동 상태도이다.

도 3을 참조하면, 상기 제2 모드일 경우, 차량 실내를 난방하기 위하여 상기 압축기(10)는 상기 냉매라인(11)을 따라 냉매가 유동되도록 작동된다.

여기서, 상기 제1 팽창밸브(15)는 작동이 정지될 수 있다.

이와 동시에, 상기 제1 밸브(V1)와 상기 제3 라인(57)의 타단을 연결하는 상기 냉매라인(11)은 상기 제1 밸브(V1)의 작동에 의해 폐쇄될 수 있다.

상기 제1 연결라인(21)은 상기 제1 밸브(V1)의 작동에 의해 개방될 수 있다. 또한, 상기 제2 연결라인(22)은 개방될 수 있다.

본 실시예에서, 상기 제3 연결라인(23)은 상기 제2 밸브(V2)의 작동에 의해 폐쇄될 수 있다. 상기 제4 연결라인(24)은 상기 제2 밸브(V2)의 작동에 의해 개방될 수 있다.

상기 제5 연결라인(25)은 상기 제4 팽창밸브(60)의 작동에 의해 폐쇄될 수 있다. 즉, 상기 제4 팽창밸브(60)는 작동이 정지될 수 있다.

여기서, 상기 제2 밸브(V2)로부터 상기 제4 연결라인(24)의 타단까지 연결하는 상기 냉매라인(11)은 폐쇄될 수 있다.

한편, 상기 제1 라인(53)은 상기 제3 팽창밸브(55)의 작동에 의해 개방될 수 있다. 이와 동시에, 상기 제2 라인(54)은 상기 제2 팽창밸브(52)의 작동에 의해 개방될 수 있다.

여기서, 상기 제2 연결라인(22)은 상기 제2 팽창밸브(52)의 작동에 의해 상기 제2 라인(54)과 연결되지 않을 수 있다.

또한, 상기 공급 라인(56)은 개방될 수 있다. 그리고 상기 제3 라인(57)은 상기 제2 팽창밸브(52)의 작동에 의해 개방될 수 있다.

그러면, 상기 압축기(10)에서 배출된 냉매는 개방된 상기 제2 연결라인(21)을 따라 상기 내부 컨덴서(13)로 유입된다. 상기 내부 컨덴서(13)로 유입된 냉매는 상기 HVAC 모듈(12)로 유입된 외기와 열 교환되면서 응축될 수 있다.

상기 내부 컨덴서(13)로부터 배출된 냉매는 상기 제2 연결라인(22)을 따라 유동되고, 상기 제1 라인(53)으로 유입될 수 있다.

이 때, 상기 제3 팽창밸브(55)는 상기 내부 컨덴서(13)로부터 상기 제2 연결라인(22)과 상기 제1 라인(53)을 통해 유입된 냉매를 팽창시켜 상기 기액 분리기(51)로 공급할 수 있다.

한편, 상기 기액 분리기(51)는 상기 제1 라인(53)을 통해 공급된 냉매 중, 액체 상태의 냉매를 상기 제2 라인(54)으로 배출할 수 있다. 이 때, 상기 제2 팽창밸브(52)는 상기 기액 분리기(51)로부터 상기 제2 라인(54)으로 배출된 냉매를 팽창시켜 상기 제3 라인(57)으로 배출할 수 있다.

상기 제3 라인(57)으로 유동된 냉매는 상기 냉매라인(11)을 통해 상기 열교환기(14)로 유입된다.

이 때, 상기 열교환기(14)에 유입된 냉매는 외기 또는 냉각수와 같은 작동유체와 열 교환되면서 증발될 수 있다.

그런 후, 상기 열교환기(14)에서 증발된 냉매는 상기 냉매라인(11)을 따라 상기 제2 밸브(V2)로 유입된다. 상기 제2 밸브(V2)는 상기 냉매라인(11)으로 공급된 냉매를 상기 제4 연결라인(24)으로 유동시킬 수 있다.

상기 제4 연결라인(24)을 따라 유동된 냉매는 상기 압축기(10)로 유입될 수 있다.

즉, 상기 압축기(10)에는 상기 열교환기(14)에서 증발된 냉매와, 상기 기액 분리기(51)로부터 상기 공급 라인(56)을 통해 공급된 냉매가 유입될 수 있다. 유입된 냉매는 상기 압축기(10)의 작동에 의해 압축될 수 있다.

상기 압축기(10)에서 압축된 냉매는 상기 냉매라인(11)과 개방된 상기 제1 연결라인(21)을 따라 상기 내부 컨덴서(13)로 공급된다. 여기서, 상기 내부 컨덴서(13)에 공급된 냉매는 상기 HVAC 모듈(12)로 유입되는 외기의 온도를 상승시킬 수 있다.

즉, 외부로부터 유입된 외기는 냉매가 공급되지 않은 상기 증발기(17)를 통과 시, 냉각되지 않은 실온 상태로 유입된다. 유입된 외기는 상기 내부 컨덴서(13)를 통과하면서 고온상태로 변환되어 차량 실내로 유입됨으로써, 차량 실내의 난방이 구현될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 히트펌프 시스템은 상기 가스 인젝션 장치(50)가 함께 작동됨에 따라, 전체적인 난방성능 및 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 별도의 전기히터 사용량을 최소화하면서 난방 효율 및 성능을 향상시킬 수 있다.

나아가, 상기 가스 인젝션 장치(50)가 상기 냉매라인(11)을 순환하는 냉매의 유량을 증대시킴으로써, 난방성능을 극대화시킬 수 있다.

본 실시예에서, 상기 가스 인젝션 장치(50)가 작동되고, 차량 실내를 난방 및 제습하기 위한 제3 모드에 따른 작동을 도 4를 참조하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 제3 모드에 따른 작동 상태도이다.

도 4를 참조하면, 상기 제3 모드일 경우, 차량 실내를 난방 및 제습 하기 위하여 상기 압축기(10)는 상기 냉매라인(11)을 따라 냉매가 유동되도록 작동된다.

여기서, 상기 제1 팽창밸브(15)는 작동이 정지될 수 있다.

상기 제5 연결라인(25)은 상기 제4 팽창밸브(60)의 작동에 의해 개방될 수 있다.

여기서, 상기 제2 밸브(V2)로부터 상기 제5 연결라인(25)의 타단까지 연결하는 상기 냉매라인(11)은 폐쇄될 수 있다.

한편, 상기 기액 분리기(51)는 상기 제1 라인(53)을 통해 공급된 냉매 중, 액체 상태의 냉매를 상기 제2 라인(54)으로 배출할 수 있다.

여기서, 상기 제5 연결라인(25)에는 상기 제2 라인(54)으로 배출된 냉매 중 일부의 냉매가 유동될 수 있다. 이 때, 상기 제4 팽창밸브(60)는 상기 기액 분리기(51)로부터 상기 제2 라인(54)과 상기 제5 연결라인(25)을 통해 유입된 냉매를 팽창시켜 상기 증발기(17)로 공급할 수 있다.

이와 동시에, 상기 제2 팽창밸브(52)는 상기 기액 분리기(51)로부터 상기 제2 라인(54)으로 배출된 냉매 중 나머지를 팽창시켜 상기 제3 라인(57)으로 배출할 수 있다.

즉, 상기 압축기(10)에는 상기 열교환기(14)에서 증발된 냉매, 상기 기액 분리기(51)로부터 상기 공급 라인(56)을 통해 공급된 냉매, 및 상기 증발기(17)로부터 공급된 냉매가 유입될 수 있다. 유입된 냉매는 상기 압축기(10)의 작동에 의해 압축될 수 있다.

즉, 상기 HVAC 모듈(12)로 유입되는 외기는 상기 증발기(17)로 유입된 저온 상태의 냉매에 의해 상기 증발기(17)를 통과하면서 제습된다. 그런 후, 상기 내부 컨덴서(13)를 통과하면서 고온상태로 변환되어 차량 실내로 유입됨으로써, 차량의 실내를 원활하게 난방 및 제습할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 히트펌프 시스템은 차량 실내의 난방 및 제습 시에 상기 가스 인젝션 장치(50)가 함께 작동됨에 따라, 전체적인 성능 및 효율을 향상시킬 수 있다.

나아가, 상기 가스 인젝션 장치(50)가 상기 냉매라인(11)을 순환하는 냉매의 유량을 증대시킴으로써, 난방 및 제습 성능을 극대화시킬 수 있다.

본 실시예에서, 상기 기액 분리기(51)가 작동되지 않고, 차량 실내를 냉방하기 위한 제4 모드에 따른 작동을 도 5를 참조하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 제4 모드에 따른 작동 상태도이다.

도 5를 참조하면, 상기 제4 모드일 경우, 차량 실내를 냉방하기 위하여 상기 압축기(10)는 상기 냉매라인(11)을 따라 냉매가 유동되도록 작동된다.

여기서, 상기 냉매라인(11)은 상기 압축기(10), 상기 열교환기(14), 및 상기 증발기(17)가 상기 냉매라인(11)을 통해 상호 연결되도록 상기 제1 팽창밸브(15)의 작동에 의해 개방될 수 있다.

상기 제1 연결라인(21)은 상기 제1 밸브(V1)의 작동에 의해 폐쇄될 수 있다. 이와 동시에, 상기 제2 연결라인(22)은 폐쇄될 수 있다.

또한, 상기 제3 연결라인(23)과 상기 제4 연결라인(24)은 상기 제2 밸브(V2)의 작동에 의해 폐쇄될 수 있다. 상기 제5 연결라인(25)은 상기 제4 팽창밸브(60)의 작동에 의해 폐쇄될 수 있다.

한편, 상기 제1 라인(53)은 상기 제3 팽창밸브(55)의 작동에 의해 폐쇄될 수 있다. 이와 동시에, 상기 제2 라인(54)은 상기 제2 팽창밸브(52)의 작동에 의해 폐쇄될 수 있다.

또한, 상기 공급 라인(56)은 폐쇄될 수 있다. 그리고 상기 제3 라인(57)은 상기 제2 팽창밸브(52)의 작동에 의해 폐쇄될 수 있다.

즉, 상기 제2 팽창밸브(52), 상기 제3 팽창밸브(55), 및 상기 제4 팽창밸브(60)의 작동은 정지될 수 있다.

그러면, 상기 압축기(10)에서 배출된 냉매는 상기 냉매라인(11)을 따라 상기 열교환기(14)로 유입될 수 있다. 상기 열교환기(14)로 유입된 냉매는 외기 또는 냉각수와 같은 작동유체와 열 교환되면서 응축될 수 있다.

그런 후, 상기 열교환기(14)에서 응축된 냉매는 상기 냉매라인(11)을 따라 상기 제2 밸브(V2)를 통과할 수 있다. 그런 후, 냉매는 상기 제1 팽창밸브(15)로 유입된다.

여기서, 상기 제1 팽창밸브(15)는 상기 열교환기(14)로부터 공급된 냉매를 팽창시켜 상기 증발기(17)에 공급할 수 있다.

이러한 상태에서, 상기 HVAC 모듈(12)로 유입되는 외기는 상기 증발기(17)로 유입된 저온 상태의 냉매에 의해 상기 증발기(17)를 통과하면서 냉각된다. 즉, 상기 증발기(17)를 통과하면서 냉각된 외기가 차량의 내부로 직접 유입됨으로써, 차량 실내를 냉방할 수 있다.

한편, 상기 증발기(17)를 통과한 냉매는 상기 압축기(10)로 유입될 수 있다. 유입된 냉매는 상기 압축기(10)의 작동에 의해 압축될 수 있다.

상기 압축기(10)에서 압축된 냉매는 상기 열교환기(14)를 통과한 후, 상기 냉매라인(11)을 따라 상기 제1 팽창밸브(15)로 공급된다.

즉, 상기 히트펌프 시스템은 전술한 바와 같은 작동을 반복 수행하면서, 상기 가스 인젝션 장치(50)의 작동 없이 차량 실내를 효율적으로 냉방할 수 있다.

본 실시예에서, 상기 기액 분리기(51)가 작동되지 않고, 차량 실내를 난방하기 위한 제5 모드에 따른 작동을 도 6을 참조하여 설명한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 제5 모드에 따른 작동 상태도이다.

도 6을 참조하면, 상기 제5 모드일 경우, 차량 실내를 난방하기 위하여 상기 압축기(10)는 상기 냉매라인(11)을 따라 냉매가 유동되도록 작동된다.

여기서, 상기 제1 팽창밸브(15)는 작동이 정지될 수 있다.

여기서, 상기 제3 팽창밸브(55)와 상기 제4 팽창밸브(60)의 작동은 정지될 수 있다.

또한, 상기 공급 라인(56)은 폐쇄될 수 있다. 그리고 상기 제3 라인(57)은 상기 제2 팽창밸브(52)의 작동에 의해 개방될 수 있다.

상기 제2 연결라인(22)은 상기 제2 팽창밸브(52)의 작동에 의해 상기 제3 라인(57)과 연결될 수 있다.

상기 내부 컨덴서(13)로부터 배출된 냉매는 상기 제2 연결라인(22)을 따라 유동되고, 상기 제2 팽창밸브(52)로 유입될 수 있다.

여기서, 상기 제2 팽창밸브(52)는 상기 내부 컨덴서(13)로부터 상기 제2 연결라인(22)을 통해 공급된 냉매를 팽창시켜 상기 제3 라인(57)으로 배출할 수 있다.

즉, 상기 압축기(10)에는 상기 열교환기(14)를 통과한 냉매가 유입될 수 있다. 유입된 냉매는 상기 압축기(10)의 작동에 의해 압축될 수 있다.

즉, 상기 히트펌프 시스템은 이러한 작동을 반복 수행하면서, 상기 가스 인젝션 장치(50)의 작동 없이 차량 실내를 난방할 수 있다.

따라서, 상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템을 적용하면, 차량 실내의 공조를 위해 선택된 적어도 하나의 모드에서 선택적으로 작동하는 상기 가스 인젝션 장치(50)를 적용하여 냉매의 유량을 증대시킴으로써, 냉방 및 난방 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 구성요소를 최소화하면서도 상기 가스 인젝션 장치(50)를 이용하여 시스템의 성능을 극대화시킬 수 있어 시스템의 간소화 및 단순화를 도모할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10 : 압축기
11 : 냉매라인
12 : HVAC 모듈
13 : 내부 컨덴서
14 : 열교환기
15 : 제1 팽창밸브
17 : 증발기
21 : 제1 연결라인
22 : 제2 연결라인;
23 : 제3 연결라인
24 : 제4 연결라인
25 : 제5 연결라인
50 : 가스 인젝션 장치
51 : 기액 분리기
52 : 제2 팽창밸브
53 : 제1 라인
54 : 제2 라인
55 : 제3 팽창밸브;
56 : 공급 라인
57 : 제3 라인
60 : 제4 팽창밸브
V1, V2 : 제1 및 제2 밸브

Claims

냉매를 압축하는 압축기;
내부 컨덴서와 증발기가 내부에 구비되는 HVAC모듈;
상기 압축기와 냉매라인을 통해 연결되는 열교환기;
상기 열교환기와 상기 증발기의 사이에서 상기 냉매라인에 구비되는 제1 팽창밸브;
상기 내부 컨덴서, 또는 상기 열교환기와 연결되며, 상기 내부 컨덴서로부터 공급되는 냉매, 또는 상기 열교환기로부터 공급되는 냉매를 선택적으로 팽창시켜 유동시키고, 공급된 냉매 중, 일부의 냉매를 상기 압축기에 선택적으로 공급하여 상기 냉매라인을 순환하는 냉매의 유량을 증대시키는 가스 인젝션 장치;
상기 압축기와 상기 열교환기의 사이에서 상기 냉매라인에 구비되는 제1 밸브;
일단이 상기 제1 밸브에 연결되고, 타단은 상기 내부 컨덴서에 연결되는 제1 연결라인; 및
일단이 상기 내부 컨덴서에 연결되고, 타단은 상기 가스 인젝션 장치에 연결되는 제2 연결라인; 을 포함하고,
차량 실내의 온도 조절을 위한 적어도 하나의 모드에 따라 냉매의 유동 흐름이 제어되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제1항에 있어서,
상기 열교환기와 상기 제1 팽창밸브의 사이에서 상기 냉매라인에 구비되는 제2 밸브;
일단이 상기 제2 밸브에 연결되고, 타단은 상기 제2 연결라인에 연결되는 제3 연결라인; 및
일단이 상기 제2 밸브에 연결되고, 타단은 상기 압축기와 상기 증발기의 사이에서 상기 냉매라인에 연결되는 제4 연결라인;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제2항에 있어서,
상기 가스 인젝션 장치는
내부로 유입된 냉매 중, 기체 냉매와 액체 냉매를 분리하여 선택적으로 배출하는 기액 분리기(gas-liquid separator);
상기 제2 연결라인의 타단이 연결되는 제2 팽창밸브;
상기 내부 컨덴서와 상기 제2 팽창밸브의 사이에서 일단이 상기 제2 연결라인에 연결되고, 타단은 상기 기액 분리기에 연결되는 제1 라인;
상기 제1 라인에 구비되는 제3 팽창밸브;
일단이 상기 제2 팽창밸브에 연결되고, 타단은 상기 기액 분리기에 연결되는 제2 라인; 및
일단이 상기 기액 분리기에 연결되고, 타단은 상기 압축기에 연결되는 공급 라인;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제3항에 있어서,
상기 기액 분리기는
차량 실내를 냉방 또는 난방하는 상태에서, 상기 제3 팽창밸브가 냉매를 팽창시켜 공급할 경우에 작동되며, 공급된 냉매 중, 기체 냉매를 상기 공급 라인을 통해 상기 압축기에 공급하여 상기 냉매라인을 순환하는 냉매의 유량을 증대시키는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제3항에 있어서,
상기 가스 인젝션 장치는
일단이 상기 제2 팽창밸브에 연결되고, 타단은 상기 제1 밸브와 상기 열교환기의 사이에서 상기 냉매라인에 연결되는 제3 라인;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제3항에 있어서,
상기 기액 분리기와 상기 제2 팽창밸브의 사이에서 일단이 상기 제2 라인에 연결되고, 타단은 상기 제1 팽창밸브와 상기 증발기의 사이에서 상기 냉매라인에 연결되는 제5 연결라인; 및
상기 제5 연결라인에 구비되는 제4 팽창밸브;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제6항에 있어서,
상기 적어도 하나의 모드는
상기 기액 분리기가 작동되고, 차량 실내를 냉방하기 위한 제1 모드;
상기 기액 분리기가 작동되고, 차량 실내를 난방하기 위한 제2 모드;
상기 기액 분리기가 작동되고, 차량 실내를 난방 및 제습하기 위한 제3 모드;
상기 기액 분리기가 작동되지 않고, 차량 실내를 냉방하기 위한 제4 모드; 및
상기 기액 분리기가 작동되지 않고, 차량 실내를 난방하기 위한 제5 모드;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제7항에 있어서,
상기 제1 모드일 경우,
상기 제1 팽창밸브의 작동이 정지되며,
상기 제1 연결라인은 상기 제1 밸브의 작동에 의해 폐쇄되고,
상기 내부 컨덴서에 연결된 일부의 제2 연결라인이 폐쇄되며,
상기 제3 연결라인의 타단에 연결되고, 상기 제1 라인에 연결되는 일부의 상기 제2 연결라인이 개방되고,
상기 제3 연결라인은 상기 제2 밸브의 작동에 의해 개방되며,
상기 제4 연결라인은 상기 제2 밸브의 작동에 의해 폐쇄되고,
상기 제5 연결라인은 상기 제4 팽창밸브의 작동에 의해 개방되며,
상기 제2 밸브와 상기 제1 팽창밸브를 연결하는 상기 냉매라인이 폐쇄되고,
상기 제2 팽창밸브의 작동이 정지되며,
상기 제1 라인은 상기 제3 팽창밸브의 작동에 의해 개방되고,
상기 기액 분리기와 상기 제5 연결라인의 일단을 연결하는 일부의 상기 제2 라인이 개방되며,
상기 제3 라인은 상기 제2 팽창밸브의 작동에 의해 폐쇄되고,
상기 공급 라인이 개방되며,
상기 기액 분리기는 공급된 냉매 중, 기체 상태의 냉매를 개방된 상기 공급 라인을 통해 상기 압축기로 공급하고, 액체 상태의 냉매를 상기 제2 라인과 연결된 상기 제5 연결라인으로 배출하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제8항에 있어서,
상기 제3 팽창밸브는 상기 열교환기로부터 상기 제3 연결라인, 일부의 상기 제2 연결라인, 및 상기 제1 라인을 통해 유입된 냉매를 팽창시켜 상기 기액 분리기로 공급하고,
상기 제4 팽창밸브는 상기 기액 분리기로부터 일부의 상기 제2 라인과 상기 제5 연결라인을 통해 유입된 냉매를 팽창시켜 상기 증발기로 공급하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제7항에 있어서,
상기 제2 모드일 경우,
상기 제1 팽창밸브의 작동이 정지되고,
상기 제1 밸브와 상기 제3 라인의 타단을 연결하는 상기 냉매라인은 상기 제1 밸브의 작동에 의해 폐쇄되며,
상기 제1 연결라인은 상기 제1 밸브의 작동에 의해 개방되고,
상기 제2 연결라인이 개방되며,
상기 제3 연결라인은 상기 제2 밸브의 작동에 의해 폐쇄되며,
상기 제4 연결라인은 상기 제2 밸브의 작동에 의해 개방되고,
상기 제5 연결라인은 상기 제4 팽창밸브의 작동에 의해 폐쇄되며,
상기 제2 밸브로부터 상기 제4 연결라인의 타단까지 연결하는 상기 냉매라인은 폐쇄되고,
상기 제1 라인은 상기 제3 팽창밸브의 작동에 의해 개방되며,
상기 제2 라인은 상기 제2 팽창밸브의 작동에 의해 개방되고,
상기 제2 연결라인은 상기 제2 팽창밸브의 작동에 의해 상기 제2 라인과 연결되지 않고,
상기 공급 라인이 개방되며,
상기 제3 라인은 상기 제2 팽창밸브의 작동에 의해 개방되고,
상기 기액 분리기는 공급된 냉매 중, 기체 상태의 냉매를 개방된 상기 공급 라인을 통해 상기 압축기로 공급하고, 액체 상태의 냉매를 상기 제2 라인을 통해 상기 제2 팽창밸브로 배출하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제10항에 있어서,
상기 제2 팽창밸브는 상기 기액 분리기로부터 상기 제2 라인으로 배출된 냉매를 팽창시켜 상기 제3 라인으로 배출하고,
상기 제3 팽창밸브는 상기 내부 컨덴서로부터 상기 제2 연결라인과 상기 제1 라인을 통해 유입된 냉매를 팽창시켜 상기 기액 분리기로 공급하고,
상기 제4 팽창밸브의 작동이 정지되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제7항에 있어서,
상기 제3 모드일 경우,
상기 제1 팽창밸브의 작동이 정지되고,
상기 제1 밸브와 상기 제3 라인의 타단을 연결하는 상기 냉매라인은 상기 제1 밸브의 작동에 의해 폐쇄되며,
상기 제1 연결라인은 상기 제1 밸브의 작동에 의해 개방되고,
상기 제2 연결라인이 개방되며,
상기 제3 연결라인은 상기 제2 밸브의 작동에 의해 폐쇄되며,
상기 제4 연결라인은 상기 제2 밸브의 작동에 의해 개방되고,
상기 제5 연결라인은 상기 제4 팽창밸브의 작동에 의해 개방되며,
상기 제2 밸브로부터 상기 제5 연결라인의 타단까지 연결하는 상기 냉매라인은 폐쇄되고,
상기 제1 라인은 상기 제3 팽창밸브의 작동에 의해 개방되며,
상기 제2 라인은 상기 제2 팽창밸브의 작동에 의해 개방되고,
상기 제2 연결라인은 상기 제2 팽창밸브의 작동에 의해 상기 제2 라인과 연결되지 않고,
상기 공급 라인이 개방되며,
상기 제3 라인은 상기 제2 팽창밸브의 작동에 의해 개방되고,
상기 제5 연결라인에는 상기 기액 분리기로부터 상기 제2 라인으로 배출된 냉매 중 일부의 냉매가 유동되며,
상기 기액 분리기는 공급된 냉매 중, 기체 상태의 냉매를 개방된 상기 공급 라인을 통해 상기 압축기로 공급하고, 액체 상태의 냉매를 상기 제2 라인으로 배출하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제12항에 있어서,
상기 제2 팽창밸브는 상기 기액 분리기로부터 상기 제2 라인으로 배출된 냉매 중 나머지 냉매를 팽창시켜 상기 제3 라인으로 배출하고,
상기 제3 팽창밸브는 상기 내부 컨덴서로부터 상기 제2 연결라인과 상기 제1 라인을 통해 유입된 냉매를 팽창시켜 상기 기액 분리기로 공급하며,
상기 제4 팽창밸브는 상기 기액 분리기로부터 상기 제2 라인과 상기 제5 연결라인을 통해 유입된 냉매를 팽창시켜 상기 증발기로 공급하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제7항에 있어서,
상기 제4 모드일 경우,
상기 압축기, 상기 열교환기, 및 상기 증발기가 상기 냉매라인을 통해 상호 연결되도록 상기 제1 팽창밸브의 작동에 의해 상기 냉매라인이 개방되고,
상기 제1 연결라인은 상기 제1 밸브의 작동에 의해 폐쇄되며,
상기 제2 연결라인이 폐쇄되고,
상기 제3 연결라인과 상기 제4 연결라인이 상기 제2 밸브의 작동에 의해 폐쇄되며,
상기 제5 연결라인은 상기 제4 팽창밸브의 작동에 의해 폐쇄되며,
상기 제1 라인은 상기 제3 팽창밸브의 작동에 의해 폐쇄되고,
상기 제2 라인은 상기 제2 팽창밸브의 작동에 의해 폐쇄되며,
상기 공급 라인이 폐쇄되고,
상기 제3 라인은 상기 제2 팽창밸브의 작동에 의해 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제14항에 있어서,
상기 제1 팽창밸브는 상기 열교환기로부터 공급된 냉매를 팽창시켜 상기 증발기에 공급하며,
상기 제2 팽창밸브, 상기 제3 팽창밸브, 및 상기 제4 팽창밸브의 작동이 정지되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제7항에 있어서,
상기 제5 모드일 경우,
상기 제1 팽창밸브의 작동이 정지되고,
상기 제1 밸브와 상기 제3 라인의 타단을 연결하는 상기 냉매라인은 상기 제1 밸브의 작동에 의해 폐쇄되며,
상기 제1 연결라인은 상기 제1 밸브의 작동에 의해 개방되고,
상기 제2 연결라인이 개방되며,
상기 제3 연결라인은 상기 제2 밸브의 작동에 의해 폐쇄되며,
상기 제4 연결라인은 상기 제2 밸브의 작동에 의해 개방되고,
상기 제5 연결라인은 상기 제4 팽창밸브의 작동에 의해 폐쇄되며,
상기 제2 밸브로부터 상기 제4 연결라인의 타단까지 연결하는 상기 냉매라인은 폐쇄되고,
상기 제1 라인은 상기 제3 팽창밸브의 작동에 의해 폐쇄되며,
상기 제2 라인은 상기 제2 팽창밸브의 작동에 의해 폐쇄되고,
상기 공급 라인이 폐쇄되며,
상기 제3 라인이 상기 제2 팽창밸브의 작동에 의해 개방되고,
상기 제2 연결라인이 상기 제2 팽창밸브의 작동에 의해 상기 제3 라인과 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제16항에 있어서,
상기 제2 팽창밸브는 상기 내부 컨덴서로부터 상기 제2 연결라인을 통해 공급된 냉매를 팽창시켜 상기 제3 라인으로 배출하고,
상기 제3 팽창밸브와 상기 제4 팽창밸브의 작동이 정지되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제7항에 있어서,
상기 열교환기는
상기 제1 모드와 상기 제4 모드에서 공급된 냉매를 응축시키는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제7항에 있어서,
상기 열교환기는
상기 제2 모드, 상기 제3 모드, 및 상기 제5 모드에서 공급된 냉매를 증발시키는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제6항에 있어서,
상기 제1 팽창밸브, 상기 제3 팽창밸브, 및 상기 제4 팽창밸브는
상기 적어도 하나의 모드에서 선택적으로 작동되고, 공급된 냉매의 유동흐름을 제어하면서 상기 냉매를 선택적으로 팽창시키는 2-Way 팽창밸브 인 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.