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KR101587108B1 - Control method of heat pump system for vehicle and its system - Google Patents

Control method of heat pump system for vehicle and its system Download PDF

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KR101587108B1
KR101587108B1 KR1020130020820A KR20130020820A KR101587108B1 KR 101587108 B1 KR101587108 B1 KR 101587108B1 KR 1020130020820 A KR1020130020820 A KR 1020130020820A KR 20130020820 A KR20130020820 A KR 20130020820A KR 101587108 B1 KR101587108 B1 KR 101587108B1
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temperature
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강성호
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한온시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 차량용 히트 펌프 시스템의 제어방법 및 그 시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 히트펌프 모드시 목표토출온도를 만족하기 위해, 압축기 회전수가 압축기 최대회전수의 상한치 보다 작을 경우에는 압축기만 가변 제어하고, 압축기 회전수가 압축기 최대회전수의 상한치에 도달했을 경우에만 전기가열식히터까지 작동시키도록 함으로써, 목표토출온도를 만족하기 위해 압축기와 전기가열식히터를 동시에 가변제어 할 경우 발생하는 차실내 공기토출온도의 수렴성이 떨어지거나 불안정해지는 문제를 해결할 수 있고, 최대 난방모드시 압축기를 최대회전수로만 작동시키지 않고 압축기 최대회전수의 상한치를 조건에 따라 차별화하여 압축기의 소음에 의한 탑승자의 불만을 줄임은 물론 압축기의 내구성 및 시스템의 안정성을 향상할 수 있는 차량용 히트 펌프 시스템의 제어방법 및 그 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a control method and system for a vehicular heat pump system, and more particularly, to a control method and system for a vehicular heat pump system. More specifically, in order to satisfy a target discharge temperature in a heat pump mode, when the compressor rotational speed is smaller than an upper limit value And the electric heater is operated only when the number of revolutions of the compressor reaches the upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor. By thus controlling the compressor and the electric heater in the variable control simultaneously to satisfy the target discharge temperature, It is possible to solve the problem that the convergence of temperature is lowered or unstable and the upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor is differentiated according to the condition without operating the compressor at the maximum number of revolutions in the maximum heating mode to reduce the complaints of the passenger due to the noise of the compressor Of course, improve the durability of the compressor and the stability of the system. Which it relates to a control method for a vehicle heat pump system and a system.

Description

차량용 히트 펌프 시스템의 제어방법 및 그 시스템{Control method of heat pump system for vehicle and its system}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control method of a heat pump system for a vehicle,

본 발명은 차량용 히트 펌프 시스템의 제어방법 및 그 시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 히트펌프 모드시 목표토출온도를 만족하기 위해, 압축기 회전수가 압축기 최대회전수의 상한치 보다 작을 경우에는 압축기만 가변 제어하고, 압축기 회전수가 압축기 최대회전수의 상한치에 도달했을 경우에만 전기가열식히터까지 작동시키도록 하며, 최대 난방모드시에는 압축기를 최대회전수로만 작동시키지 않고 압축기 최대회전수의 상한치를 조건에 따라 차별화한 차량용 히트 펌프 시스템의 제어방법 및 그 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a control method and system for a vehicular heat pump system, and more particularly, to a control method and system for a vehicular heat pump system. More specifically, in order to satisfy a target discharge temperature in a heat pump mode, when the compressor rotational speed is smaller than an upper limit value In the maximum heating mode, the compressor is operated only at the maximum number of revolutions, and the upper limit of the maximum number of revolutions of the compressor is set according to the conditions. When the maximum number of revolutions of the compressor reaches the upper limit of the maximum number of revolutions of the compressor, And more particularly, to a control method and system for a differentiated heat pump system for a vehicle.

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 제1바이패스 밸브(36)와, 상기 제1팽창밸브(34) 또는 제1바이패스 밸브(36)를 통과한 냉매를 실외에서 열교환시키는 실외열교환기(48)와, 상기 실외열교환기(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)와 병렬로 설치되어 상기 실외열교환기(48)의 출구측과 상기 어큐뮬레이터(62)의 입구측을 선택적으로 연결하는 제2바이패스 밸브(58)를 포함하여 이루어진다.1 includes a compressor 30 for compressing and discharging a refrigerant, a high-pressure side heat exchanger 32 for dissipating the refrigerant discharged from the compressor 30, A first expansion valve 34 and a first bypass valve 36 for selectively passing the refrigerant passed through the high pressure side heat exchanger 32 and a second expansion valve 34 and a first bypass valve 36 Pressure side heat exchanger (60) for evaporating the refrigerant that has passed through the outdoor heat exchanger (48), and a low-pressure side heat exchanger (60) for evaporating the refrigerant that has passed through the outdoor heat exchanger An accumulator 62 for separating the refrigerant having passed through it into a gas phase and a liquid phase refrigerant, an internal heat exchanger 50 for exchanging heat between the refrigerant supplied to the low pressure side heat exchanger 60 and the refrigerant returning to the compressor 30, Pressure side heat exchanger (60), and a low-pressure side heat exchanger The second expansion valve 56 and the second expansion valve 56 are provided in parallel with each other so as to selectively connect the outlet side of the outdoor heat exchanger 48 and the inlet side of the accumulator 62, 2 bypass valve (58).

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, reference numeral 10 denotes an air conditioning case in which the high-pressure side heat exchanger 32 and the low-pressure side heat exchanger 60 are incorporated, reference numeral 12 denotes a temperature control door for controlling the mixing amount of cold air and warm air, And an air blower installed at the entrance of the air conditioning case.

한편, 상기 공조케이스(10)의 내부에는 난방성능 확보를 위해 전기가열식히터(미도시)가 설치된다.On the other hand, an electric heater (not shown) is installed inside the air conditioner case 10 to secure the heating performance.

상기한 바와 같이 구성된 종래 차량용 히트펌프 시스템에 따르면, 히트펌프 모드(난방모드)가 가동될 경우에는, 제1바이패스 밸브(36) 및 제2팽창밸브(56)는 닫히고, 제1팽창밸브(34) 및 제2바이패스 밸브(58)는 개방된다. 또한, 온도조절도어(12)는 도 1처럼 동작한다. 따라서, 압축기(30)로부터 토출되는 냉매는 고압측 열교환기(32), 제1팽창밸브(34), 실외열교환기(48), 내부열교환기(50)의 고압부(52), 제2바이패스 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 실외열교환기(48)는 증발기의 역할을 하게 된다.The first bypass valve 36 and the second expansion valve 56 are closed and the first expansion valve (heating mode) 34 and the second bypass valve 58 are opened. In addition, the temperature control door 12 operates as shown in Fig. Therefore, the refrigerant discharged from the compressor 30 flows through the high-pressure side heat exchanger 32, the first expansion valve 34, the outdoor heat exchanger 48, the high-pressure portion 52 of the internal heat exchanger 50, The accumulator 62 and the low pressure section 54 of the internal heat exchanger 50 in this order. That is, the high-pressure side heat exchanger 32 serves as a radiator and the outdoor heat exchanger 48 serves as an evaporator.

에어컨 모드(냉방모드)가 가동될 경우에는, 제1바이패스 밸브(36) 및 제2팽창밸브(56)는 개방되고, 제1팽창밸브(34) 및 제2바이패스 밸브(58)는 닫히게 된다. 또한, 온도조절도어(12)는 고압측 열교환기(32) 통로를 폐쇄하게 된다. 따라서, 압축기(30)로부터 토출되는 냉매는 고압측 열교환기(32), 제1바이패스밸브(36), 실외열교환기(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 bypass valve 36 and the second expansion valve 56 are opened, and the first expansion valve 34 and the second bypass valve 58 are closed do. Further, the temperature control door 12 closes the high-pressure side heat exchanger 32 passage. Therefore, the refrigerant discharged from the compressor 30 flows through the high-pressure side heat exchanger 32, the first bypass valve 36, the outdoor heat exchanger 48, the high-pressure portion 52 of the internal heat exchanger 50, The low pressure side heat exchanger 60, the accumulator 62 and the low pressure portion 54 of the internal heat exchanger 50 in this order. That is, the low-pressure side heat exchanger 60 serves as an evaporator, and the high-pressure side heat exchanger 32 closed by the temperature control door 12 serves as a radiator as in the heat pump mode do.

그러나, 상기 종래의 차량용 히트펌프 시스템은, 히트펌프 모드(난방모드)시, 목표토출온도를 만족하기 위해 상기 압축기(30)의 회전수와 전기가열식히터의 발열량을 동시에 가변제어하게 되는데, 이때 압축기(30)의 회전수와 전기가열식히터의 발열량을 동시에 가변제어함으로 인해 차실내 공기토출온도의 수렴성이 떨어지거나 불안정해지는 문제가 있다.However, in the conventional vehicular heat pump system, the rotational speed of the compressor 30 and the calorific value of the electric heater are controlled to be variable at the same time in order to satisfy the target discharge temperature during the heat pump mode (heating mode) There is a problem that the convergence of the indoor air discharge temperature is deteriorated or unstable due to the variable control of the rotational speed of the electric heater 30 and the calorific value of the electric heater.

또한, 최대 난방모드시에는 압축기(30)를 최대회전수로만 작동시킴에 따라 압축기(30)의 소음 증가로 인해 탑승자의 불만을 초래하는 문제도 있었다.In addition, in the maximum heating mode, there is a problem that the compressor 30 is operated only at the maximum number of revolutions, resulting in a dissatisfaction of the passenger due to the increase in noise of the compressor 30. [

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 히트펌프 모드시 목표토출온도를 만족하기 위해, 압축기 회전수가 압축기 최대회전수의 상한치 보다 작을 경우에는 압축기만 가변 제어하고, 압축기 회전수가 압축기 최대회전수의 상한치에 도달했을 경우에만 전기가열식히터까지 작동시키도록 함으로써, 목표토출온도를 만족하기 위해 압축기와 전기가열식히터를 동시에 가변제어 할 경우 발생하는 차실내 공기토출온도의 수렴성이 떨어지거나 불안정해지는 문제를 해결할 수 있고, 최대 난방모드시 압축기를 최대회전수로만 작동시키지 않고 압축기 최대회전수의 상한치를 조건에 따라 차별화하여 압축기의 소음에 의한 탑승자의 불만을 줄임은 물론 압축기의 내구성 및 시스템의 안정성을 향상할 수 있는 차량용 히트 펌프 시스템의 제어방법 및 그 시스템을 제공하는데 있다.In order to satisfy the target discharge temperature in the heat pump mode, the object of the present invention to solve the above problems is to provide a compressor capable of performing variable control only when the number of revolutions of the compressor is smaller than the upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor, A problem that the convergence of the air discharge temperature of the vehicle inside the vehicle occurs when the compressor and the electric heater are controlled at the same time to satisfy the target discharge temperature by making the electric heater operate only when the upper limit of the number is reached, And the upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor is differentiated according to the conditions without operating the compressor at the maximum number of revolutions in the maximum heating mode to reduce the complaints of the passenger due to the noise of the compressor and also to improve the durability of the compressor and the stability of the system Control method of vehicle heat pump system capable of improving To provide the system.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 차량용 히트 펌프 시스템의 제어방법에 있어서, 차량의 각종 센서값을 수신받아 목표토출온도를 연산하는 제1단계와, 상기 제1단계를 거친 후, 상기 목표토출온도 또는 탑승자 선택에 따라 에어컨 모드인지 히트펌프 모드인지를 판단하는 제2단계와, 상기 제2단계의 판단결과, 히트펌프 모드이면, 상기 목표토출온도와 차실내 공기토출온도간에 편차를 연산하는 제3단계와, 상기 제3단계를 거친 후, 상기 제3단계의 편차에 따른 압축기 회전수를 연산하는 제4단계와, 상기 제4단계를 거친 후, 상기 압축기 회전수가 압축기 최대회전수의 상한치 보다 작은지를 판단하는 제5단계와, 상기 제5단계의 판단 결과, 상기 압축기 회전수가 압축기 최대회전수의 상한치 보다 작으면, 상기 제4단계에서 연산된 편차에 따른 압축기 회전수로 상기 압축기를 가변 제어하는 제6단계와, 상기 제5단계의 판단 결과, 상기 압축기 회전수가 압축기 최대회전수의 상한치 보다 작지 않으면, 상기 목표토출온도가 차실내 공기토출온도 보다 높은지를 판단하는 제7단계와, 상기 제7단계의 판단 결과, 상기 목표토출온도가 차실내 공기토출온도 보다 높으면, 상기 압축기의 작동을 유지한 상태에서 전기가열식히터를 작동 제어하는 제8단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a control method for a vehicle heat pump system, including: a first step of receiving various sensor values of a vehicle and calculating a target discharge temperature; A second step of determining whether the vehicle is in an air conditioner mode or a heat pump mode according to a discharge temperature or an occupant selection; and a second step of calculating a deviation between the target discharge temperature and a vehicle interior air discharge temperature A fourth step of calculating the number of revolutions of the compressor in accordance with the deviation of the third step after the third step and the third step; and a fourth step of calculating the maximum number of revolutions of the compressor, If the compressor rotational speed is smaller than the upper limit value of the maximum rotational speed of the compressor, a fifth step of determining whether the compressor rotational speed is smaller than the upper limit value of the compressor maximum rotational speed, A second step of controlling the compressor by a predetermined number of revolutions, and a sixth step of variably controlling the compressor by a predetermined number of revolutions when the compressor rotational speed is not smaller than the upper limit value of the compressor maximum rotational speed, And an eighth step of controlling operation of the electric heater in a state where the operation of the compressor is maintained when the target discharge temperature is higher than the indoor air discharge temperature as a result of the determination of the seventh step .

또한, 냉매순환라인상에 각각 연결되는 것으로, 냉매를 압축하여 배출하는 압축기와, 공조케이스의 내부에 배치되는 증발기 및 실내열교환기와, 공조케이스의 외부에 배치되는 실외열교환기를 포함하며, 상기 공조케이스의 내부에 전기가열식히터가 구비되어 이루어진 차량용 히트 펌프 시스템에 있어서, 차량의 각종 센서값을 수신받아 목표토출온도를 연산하여 상기 히트 펌프 시스템을 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 히트펌프 모드시, 상기 목표토출온도와 차실내 공기토출온도의 편차에 따라 연산된 압축기 회전수가 압축기 최대회전수의 상한치 보다 작으면, 상기 편차에 따른 압축기 회전수로 상기 압축기를 가변 제어하고, 상기 압축기 회전수가 압축기 최대회전수의 상한치와 같거나 크고, 상기 목표토출온도가 차실내 공기토출온도 보다 높을 경우, 상기 압축기 작동을 유지한 상태에서 상기 전기가열식히터를 작동 제어하는 것을 특징으로 한다.The compressor further includes a compressor connected to the refrigerant circulation line for compressing and discharging the refrigerant, an evaporator and an indoor heat exchanger disposed inside the air conditioning case, and an outdoor heat exchanger disposed outside the air conditioning case, And a control unit for receiving the various sensor values of the vehicle and calculating a target discharge temperature to control the heat pump system, wherein the control unit includes a heat pump mode Variable control is performed on the compressor with the compressor rotational speed according to the deviation when the compressor rotational speed calculated according to the deviation between the target discharge temperature and the car indoor air discharge temperature is smaller than the upper limit value of the compressor maximum rotational speed, The target discharge temperature is equal to or larger than the upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor, And the operation of the electric heater is controlled in a state where the operation of the compressor is maintained.

본 발명은, 히트펌프 모드시 목표토출온도를 만족하기 위해, 압축기 회전수가 압축기 최대회전수의 상한치 보다 작을 경우에는 압축기만 가변 제어하고, 압축기 회전수가 압축기 최대회전수의 상한치에 도달했을 경우에만 전기가열식히터까지 작동시키도록 함으로써, 목표토출온도를 만족하기 위해 압축기와 전기가열식히터를 동시에 가변제어 할 경우 발생하는 차실내 공기토출온도의 수렴성이 떨어지거나 불안정해지는 문제를 해결할 수 있다.In order to satisfy the target discharge temperature in the heat pump mode, only the compressor is variably controlled when the number of rotations of the compressor is smaller than the upper limit value of the maximum number of rotations of the compressor, and only when the number of rotations of the compressor reaches the upper limit of the maximum number of rotations of the compressor It is possible to solve the problem that the convergence of the indoor air discharge temperature occurring in the case of variable control of the compressor and the electric heating heater simultaneously to satisfy the target discharge temperature becomes unstable or unstable.

또한, 최대 난방모드시 압축기를 최대회전수로만 작동시키지 않고 압축기 최대회전수의 상한치를 조건에 따라 차별화함으로써, 압축기의 소음에 의한 탑승자의 불만을 줄임은 물론 압축기의 내구성 및 시스템의 안정성을 향상할 수 있다.In addition, in the maximum heating mode, the upper limit of the maximum number of revolutions of the compressor is differentiated according to conditions without operating the compressor at the maximum number of revolutions, thereby reducing the complaints of the passenger due to the noise of the compressor and improving the durability and system stability of the compressor .

그리고, 외기온도, 냉매압력, 차량속도, 블로어 풍량, 실외열교환기의 냉각팬 회전수, 주행구동원 온/오프 조건에 따른 각 인자별 압축기 최대회전수의 상한치 중 최소값을 압축기 최대회전수의 상한치로 설정하여 제어함으로써, 가변적인 외부조건을 고려한 복합적인 별도의 연산이 필요없다.The minimum value among the upper limit values of the maximum compressor revolutions per factor according to the outside temperature, the refrigerant pressure, the vehicle speed, the blower air flow rate, the cooling fan rotation speed of the outdoor heat exchanger, and the traveling drive source on / off condition is set as an upper limit value By setting and controlling it, there is no need for a complex additional operation taking into account variable external conditions.

도 1은 종래의 차량용 히트 펌프 시스템을 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템에서 에어컨 모드를 나타내는 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템에서 히트펌프 모드의 제1난방모드를 나타내는 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템에서 히트펌프 모드의 제2난방모드를 나타내는 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 제어방법을 나타내는 순서도,
도 6은 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 제어방법에서 전기가열식히터의 작동 제어방법을 나타내는 순서도이다.
1 is a schematic view showing a conventional heat pump system for a vehicle,
FIG. 2 is a diagram showing an air conditioner mode in a heat pump system for a vehicle according to the present invention,
3 is a view showing a first heating mode of a heat pump mode in a vehicle heat pump system according to the present invention;
4 is a view showing a second heating mode of the heat pump mode in the vehicle heat pump system according to the present invention.
5 is a flowchart showing a control method of a heat pump system for a vehicle according to the present invention,
6 is a flowchart showing a method of controlling the operation of the electric heater in the control method of the vehicle heat pump system according to the present invention.

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.

먼저, 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템은, 냉매순환라인(R)상에 압축기(100)와, 실내열교환기(110)와, 제2팽창수단(120)과, 실외열교환기(130)와, 제1팽창수단(140)과, 증발기(160)가 순차적으로 연결되어 구성되는 것으로서, 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에 적용되는 것이 바람직하다.First, a heat pump system for a vehicle according to the present invention includes a compressor 100, an indoor heat exchanger 110, a second expansion means 120, an outdoor heat exchanger 130, The first expansion means 140 and the evaporator 160 are sequentially connected to each other and are preferably applied to an electric vehicle or a hybrid vehicle.

또한, 상기 냉매순환라인(R)상에는 제1팽창수단(140) 및 증발기(160)를 바이패스하는 제1바이패스라인(R1)과, 실외열교환기(130)를 바이패스하는 제2바이패스라인(R2)과, 제2팽창수단(120)이 설치되는 팽창라인(R3)이 각각 병렬로 연결 설치되며, 상기 제1바이패스라인(R1)의 분기지점에는 제1방향전환밸브(191)가 설치되고, 상기 제2바이패스라인(R2)의 분기지점에는 제2방향전환밸브(192)가 설치되며, 상기 팽창라인(R3)의 분기지점에는 상기 제3방향전환밸브(193)가 설치된다.A first bypass line R1 for bypassing the first expansion means 140 and the evaporator 160 and a second bypass line R1 for bypassing the outdoor heat exchanger 130 are provided on the refrigerant circulation line R. [ And a first direction switching valve 191 is connected to a branch point of the first bypass line R1 and a second direction switching valve 191 is connected to a branch line of the first bypass line R1, A second direction switching valve 192 is provided at a branch point of the second bypass line R2 and the third direction switching valve 193 is installed at a branch point of the expansion line R3. do.

아울러, 상기 제1팽창수단(140)의 출구측 냉매 순환라인(R)과 상기 제1바이패스라인(R1)을 연결하도록 분기라인(R4)이 설치되고, 상기 분기라인(R4)상에는 온오프 밸브(195)가 설치된다.In addition, a branch line R4 is provided to connect the outlet side refrigerant circulation line R of the first expansion means 140 and the first bypass line R1, and on the branch line R4, A valve 195 is provided.

따라서, 에어컨 모드시에는, 도 2와 같이 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 실내열교환기(110), 실외열교환기(130), 제1팽창수단(140), 증발기(160), 압축기(100)를 순차적으로 순환하게 되며, 이때, 상기 실내열교환기(110)는 응축기 역할을 수행하고 상기 증발기(160)는 증발기 역할을 수행하게 된다.2, the refrigerant discharged from the compressor 100 flows through the indoor heat exchanger 110, the outdoor heat exchanger 130, the first expansion device 140, the evaporator 160, the compressor The indoor heat exchanger 110 serves as a condenser and the evaporator 160 serves as an evaporator.

한편, 상기 실외열교환기(130)는 상기 실내열교환기(110)와 같은 응축기 역할을 하게 된다.Meanwhile, the outdoor heat exchanger 130 functions as a condenser as the indoor heat exchanger 110.

히트펌프 모드시(제1난방모드시)에는, 도 3과 같이 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 실내열교환기(110), 제2팽창수단(120), 실외열교환기(130), 제1바이패스라인(R1), 압축기(100)를 순차적으로 순환하게 되며, 이때, 상기 실내열교환기(110)는 응축기 역할을 수행하고 상기 실외열교환기(130)는 증발기 역할을 수행하며, 상기 제1팽창수단(140) 및 증발기(160)로는 냉매 공급이 되지 않는다.3, the refrigerant discharged from the compressor 100 is supplied to the indoor heat exchanger 110, the second expansion means 120, the outdoor heat exchanger 130, the outdoor heat exchanger 130, 1 bypass line R1 and the compressor 100. The indoor heat exchanger 110 serves as a condenser and the outdoor heat exchanger 130 serves as an evaporator, 1 Refrigerant is not supplied to the expansion means 140 and the evaporator 160.

이처럼, 본 발명의 히트펌프 시스템은, 에어컨 모드 및 히트펌프 모드시 냉매 순환방향이 동일하여 냉매순환라인(R)을 공용화할 수 있고, 냉매가 흐르지 않을 때 발생하는 냉매 정체현상을 방지하며, 냉매순환라인(R)도 단순화 할 수 있다.As described above, the heat pump system of the present invention can share the refrigerant circulation line R with the same refrigerant circulation direction in the air conditioner mode and the heat pump mode, prevents the refrigerant stagnation phenomenon that occurs when the refrigerant does not flow, The circulation line (R) can also be simplified.

그리고, 본 발명에서는, 상기 히트펌프 모드를 제1난방모드, 제2난방모드와 같이 다양화하고 있는데,In the present invention, the heat pump mode is diversified as the first heating mode and the second heating mode.

이때, 실외온도가 기준온도 이상이면 히트펌프 모드 중 제1난방모드를 수행하고, 실외온도가 기준온도 미만이면 히트펌프 모드 중 제2난방모드를 수행하게 된다.At this time, if the outdoor temperature is higher than the reference temperature, the first heating mode is performed in the heat pump mode, and when the outdoor temperature is lower than the reference temperature, the second heating mode is performed in the heat pump mode.

여기서, 실외온도가 0℃ 이상(영상)이면 제1난방모드를 수행하고, 실외온도가 0℃ 미만(영하)이면 제2난방모드를 수행한다.Here, the first heating mode is performed when the outdoor temperature is 0 ° C or higher (image), and the second heating mode is performed when the outdoor temperature is lower than 0 ° C (minus).

물론, 상기 제1,2난방모드를 구분하는 실외온도의 기준온도가 0℃로 한정 되는 것은 아니고, 목적에 따라 변경 가능하다.Of course, the reference temperature of the outdoor temperature for distinguishing the first and second heating modes is not limited to 0 ° C, but may be changed according to the purpose.

아울러, 한편, 상기 제1,2난방모드 작동 중 차실내를 제습하고자 할 때에는 상기 분기라인(R4)을 통해 증발기(160)측으로 일부 냉매를 공급하는 제습모드를 수행하게 된다.Meanwhile, when dehumidifying the car interior during the first and second heating mode operations, the dehumidifying mode for supplying some refrigerant to the evaporator 160 through the branch line R4 is performed.

이하, 히트 펌프 시스템의 각 구성요소별로 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, each component of the heat pump system will be described in detail.

먼저, 상기 냉매순환라인(R)상에 설치된 압축기(100)는 주행구동원(내연기관 또는 모터 등)으로부터 동력을 전달받아 구동하면서 냉매를 흡입하여 압축한 후 고온 고압의 기체 상태로 배출하게 된다.First, the compressor 100 installed on the refrigerant circulation line R receives power from a driving source (such as an internal combustion engine or a motor), sucks the refrigerant, compresses the refrigerant, and discharges the compressed refrigerant in a state of high temperature and high pressure.

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 compressor 100 sucks and compresses the refrigerant discharged from the evaporator 160 in the air conditioning mode and supplies the compressed refrigerant to the indoor heat exchanger 110. In the heat pump mode, The refrigerant having passed through the first bypass line R1 is sucked, compressed, and supplied to the indoor heat exchanger 110 side.

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 indoor heat exchanger 110 is installed inside the air conditioning case 150 and is connected to the refrigerant circulation line R at the outlet side of the compressor 100 and is connected to the air flowing in the air conditioning case 150 The refrigerant discharged from the compressor 100 is heat-exchanged.

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 evaporator 160 is installed inside the air conditioning case 150 and is connected to the refrigerant circulation line R at the inlet side of the compressor 100 so that the air flowing in the air conditioning case 150 And the refrigerant supplied to the compressor 100 is heat-exchanged.

상기 실내열교환기(110)는, 에어컨 모드 및 히트펌프 모드시 모두 응축기 역할을 하게 되고,The indoor heat exchanger 110 functions as a condenser in both the air conditioning mode and the heat pump mode,

상기 증발기(160)는, 에어컨 모드시 증발기 역할을 하고, 히트펌프 모드시에는 냉매 공급이 되지 않아 작동 정지되게 된다.The evaporator 160 serves as an evaporator in the air conditioner mode, and is not operated in the heat pump mode.

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 indoor heat exchanger 110 and the evaporator 160 are installed in the air conditioner case 150 at a predetermined distance from the air conditioner case 150, And an indoor heat exchanger 110 are sequentially installed.

따라서, 상기 증발기(160)가 증발기 역할을 수행하는 에어컨 모드시에는 도 2와 같이, 상기 제1팽창수단(140)에서 배출된 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.2, the low-temperature and low-pressure refrigerant discharged from the first expansion means 140 is supplied to the evaporator 160. At this time, the blower (not shown) Air flowing through the air conditioning case 150 through the evaporator 160 is exchanged with the low temperature low pressure refrigerant in the evaporator 160 to be converted into cool air and then discharged to the vehicle interior The inside of the car is cooled.

상기 실내열교환기(110)가 응축기 역할을 수행하는 히트펌프 모드시(제1난방모드시)에는 도 3과 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.3, the high-temperature and high-pressure refrigerant discharged from the compressor 100 is supplied to the indoor heat exchanger 110 and the refrigerant discharged from the outdoor heat exchanger 110 to the indoor heat exchanger 110. In the heat pump mode (first heating mode) in which the indoor heat exchanger 110 functions as a condenser, The air flowing inside the air conditioning case 150 through the blower (not shown) flows through the indoor heat exchanger 110, and the refrigerant in the indoor heat exchanger 110 is heat- And then it is discharged to the inside of the vehicle to heat the inside of the vehicle.

한편, 상기 증발기(160)의 크기는, 상기 실내열교환기(110)의 크기 보다 더 큰 것이 바람직하다.The size of the evaporator 160 may be larger than the size of the indoor heat exchanger 110.

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 indoor heat exchanger 110 and the amount of air passing through the indoor heat exchanger 110 are adjusted between the evaporator 160 and the indoor heat exchanger 110 in the air conditioning case 150 A temperature control door 151 is provided.

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 temperature control door 151 adjusts the amount of air passing through the indoor heat exchanger 110 and the amount of air passing through the indoor heat exchanger 110 to control the temperature of the air discharged from the air conditioning case 150 Can be adjusted appropriately,

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 3과 같이 상기 온도조절도어(151)를 통해 상기 실내열교환기(110)를 바이패스하는 통로를 완전히 폐쇄하게 되면, 모든 공기가 응축기 역할을 하는 실내열교환기(110)를 통과하면서 온풍으로 바뀌게 되고 이 온풍이 차실내로 공급되므로 최대 난방이 수행된다.2, when the front side passageway of the indoor heat exchanger 110 is completely closed through the temperature control door 151 as shown in FIG. 2, the cold air passing through the evaporator 160 passes through the indoor heat exchanger 110, The indoor heat exchanger 110 is bypassed through the temperature control door 151 as shown in FIG. 3 during the heat pump mode (in the first heating mode) All the air passes through the indoor heat exchanger 110 serving as a condenser and is converted into warm air, and the warm air is supplied to the interior of the vehicle, so that the maximum heating is performed.

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 outdoor heat exchanger 130 is installed outside the air conditioning case 150 and is connected to the refrigerant circulation line R to perform heat exchange between the refrigerant circulating in the refrigerant circulation line R and outdoor air .

여기서, 상기 실외열교환기(130)는 차량 엔진룸의 전방측에 설치되어 내부를 유동하는 냉매를 실외공기와 열교환시키게 된다.The outdoor heat exchanger 130 is installed on the front side of the vehicle engine room to exchange heat with the outdoor air.

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. 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.The outdoor heat exchanger 130 functions as the same condenser as the indoor heat exchanger 110 in the air conditioning mode. At this time, the high-temperature refrigerant flowing in the outdoor heat exchanger 130 is heat-exchanged with the outdoor air, do. In the heat pump mode (first heating mode), the refrigerant acts as an evaporator opposite to the indoor heat exchanger 110. At this time, the low-temperature refrigerant flowing in the outdoor heat exchanger 130 exchanges heat with the outdoor air, .

그리고, 상기 제1팽창수단(140)은, 상기 증발기(160)의 입구측 냉매순환라인(R)상에 설치되어, 증발기(160)로 공급되는 냉매를 팽창시키게 된다.The first expansion means 140 is installed on the refrigerant circulation line R on the inlet side of the evaporator 160 and expands the refrigerant supplied to the evaporator 160.

즉, 상기 제1팽창수단(140)은, 에어컨 모드시 상기 실외열교환기(130)에서 배출된 냉매를 팽창시켜 저온 저압의 액상(습포화) 상태가 되게 한 후, 상기 증발기(160)로 공급하게 된다.That is, the first expansion means 140 causes the refrigerant discharged from the outdoor heat exchanger 130 to expand into a low-temperature and low-pressure liquid state in the air conditioning mode, and then supplied to the evaporator 160 .

상기 제1팽창수단(140)으로는 팽창밸브로 이루어지는 것이 바람직하나 오리피스로 이루어질 수도 있다.The first expansion means 140 may be an expansion valve, but may be an orifice.

그리고, 상기 제2팽창수단(120)은, 상기 실내열교환기(110)와 실외열교환기(130) 사이의 냉매순환라인(R)상에 설치되어, 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 실외열교환기(130)로 공급되는 냉매를 선택적으로 팽창시키게 된다.The second expansion means 120 may be installed on the refrigerant circulation line R between the indoor heat exchanger 110 and the outdoor heat exchanger 130 so as to perform the outdoor heat exchange Thereby selectively expanding the refrigerant supplied to the compressor 130.

상기 제2팽창수단(120)은, 상기 실내열교환기(110)와 실외열교환기(130) 사이의 냉매순환라인(R)상에 병렬로 연결된 팽창라인(R3)상에 설치된다.The second expansion means 120 is installed on the expansion line R3 connected in parallel on the refrigerant circulation line R between the indoor heat exchanger 110 and the outdoor heat exchanger 130. [

여기서, 상기 제2팽창수단(120)은, 오리피스(121)로 이루어지는 것이 바람직하나 팽창밸브로 이루어질 수도 있다.Here, the second expansion means 120 may include an orifice 121, but may be an expansion valve.

또한, 상기 팽창라인(R3)과 상기 냉매순환라인(R)의 분기지점에는 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 실내열교환기(110)를 통과한 냉매가 상기 팽창라인(R3)을 통해 제2팽창수단(120)을 통과하거나 또는 제2팽창수단(120)을 바이패스하도록 냉매 흐름방향을 전환하는 제3방향전환밸브(193)가 설치된다.The refrigerant that has passed through the indoor heat exchanger 110 according to the air conditioning mode or the heat pump mode is supplied to the branch line between the expansion line R3 and the refrigerant circulation line R through the expansion line R3, A third direction switching valve 193 for switching the refrigerant flow direction to pass through the expansion means 120 or bypass the second expansion means 120 is provided.

따라서, 에어컨 모드시에는, 상기 제3방향전환밸브(193)에 의해 상기 압축기(100)에서 배출되어 상기 실내열교환기(110)를 통과한 냉매가 상기 제2팽창수단(120)을 바이패스하여 실외열교환기(130)로 공급되고, 히트펌프 모드시(제1난방모드시)에는, 상기 제3방향전환밸브(193)에 의해 상기 압축기(100)에서 배출되어 상기 실내열교환기(110)를 통과한 냉매가 상기 팽창라인(R3) 및 제2팽창수단(120)을 통과하면서 팽창된 후 상기 실외열교환기(130)로 공급되게 된다.Accordingly, in the air conditioning mode, the refrigerant discharged from the compressor 100 and passed through the indoor heat exchanger 110 by the third direction switching valve 193 bypasses the second expansion means 120 And is supplied to the outdoor heat exchanger 130. In the heat pump mode (in the first heating mode), the refrigerant is discharged from the compressor 100 by the third direction switching valve 193, The refrigerant passes through the expansion line (R3) and the second expansion means (120) and is expanded and supplied to the outdoor heat exchanger (130).

그리고, 상기 제1바이패스라인(R1)은, 상기 제1팽창수단(140)의 입구측 냉매순환라인(R)과 상기 증발기(160)의 출구측 냉매순환라인(R)을 연결하도록 설치되어, 냉매순환라인(R)을 순환하는 냉매가 상기 제1팽창수단(140) 및 증발기(160)를 선택적으로 바이패스하도록 하게 된다.The first bypass line R1 is installed to connect the inlet side refrigerant circulation line R of the first expansion means 140 and the outlet side refrigerant circulation line R of the evaporator 160 , And the refrigerant circulating through the refrigerant circulation line (R) selectively bypasses the first expansion means (140) and the evaporator (160).

도면에서와 같이, 상기 제1바이패스라인(R1)은 상기 제1팽창수단(140) 및 증발기(160)와 병렬로 배치되는데, 즉, 상기 제1바이패스라인(R1)의 입구측은 상기 실외열교환기(130)와 제1팽창수단(140)을 연결하는 냉매순환라인(R)과 연결되고, 출구측은 상기 증발기(160)와 압축기(100)를 연결하는 냉매순환라인(R)과 연결된다.As shown in the figure, the first bypass line R1 is disposed in parallel with the first expansion means 140 and the evaporator 160, that is, the inlet side of the first bypass line R1 is connected to the outdoor Is connected to the refrigerant circulation line R connecting the heat exchanger 130 and the first expansion means 140 and the outlet side is connected to the refrigerant circulation line R connecting the evaporator 160 and the compressor 100 .

이로인해, 에어컨 모드시에는 상기 실외열교환기(130)를 통과한 냉매가 상기 제1팽창수단(140) 및 증발기(160)측으로 유동하게 되지만, 히트펌프 모드시(제1난방모드시)에는 상기 실외열교환기(130)를 통과한 냉매가 상기 제1바이패스라인(R1)을 통해 압축기(100)측으로 곧바로 유동하여 상기 제1팽창수단(140) 및 증발기(160)를 바이패스 하게 된다.The refrigerant that has passed through the outdoor heat exchanger 130 flows to the first expansion device 140 and the evaporator 160 in the air conditioner mode. However, in the heat pump mode (first heating mode) The refrigerant that has passed through the outdoor heat exchanger 130 flows directly to the compressor 100 side through the first bypass line R 1 and bypasses the first expansion means 140 and the evaporator 160.

여기서, 에어컨 모드 및 히트펌프 모드에 따라 냉매의 흐름방향을 전환하는 역할은 제1방향전환밸브(191)를 통해 이루어진다.Here, the function of switching the flow direction of the refrigerant according to the air conditioner mode and the heat pump mode is performed through the first direction switching valve 191.

상기 제1방향전환밸브(191)는, 상기 제1바이패스라인(R1)과 상기 냉매순환라인(R)의 분기지점에 설치되어, 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 실외열교환기(130)를 통과한 냉매가 상기 제1바이패스라인(R1) 또는 상기 제1팽창수단(140)으로 흐르도록 냉매 흐름방향을 전환하게 된다.The first direction switching valve 191 is installed at a branch point between the first bypass line Rl and the refrigerant circulation line R and is connected to the outdoor heat exchanger 130 according to an air conditioning mode or a heat pump mode. The refrigerant flow direction is switched so that the refrigerant passing through the first bypass line (R1) or the first expansion means (140) flows.

이때, 제1방향전환밸브(191)는, 에어컨 모드시 상기 압축기(100)에서 배출되어 실내열교환기(110)와 실외열교환기(130)를 통과한 냉매가 상기 제1팽창수단(140) 및 증발기(160)측으로 흐르도록 방향을 전환하게 되고, 히트펌프 모드시(제1난방모드시) 상기 압축기(100)에서 배출되어 실내열교환기(110)와 제2팽창수단(120) 및 실외열교환기(130)를 통과한 냉매가 상기 제1바이패스라인(R1)으로 흐르도록 방향을 전환하게 된다.At this time, the first directional control valve 191 controls the refrigerant discharged from the compressor 100 in the air conditioning mode and passed through the indoor heat exchanger 110 and the outdoor heat exchanger 130 to flow through the first expansion means 140, The refrigerant discharged from the compressor 100 flows through the indoor heat exchanger 110 and the second expansion means 120 and the outdoor heat exchanger 120. In the heat pump mode, So that the refrigerant passing through the first bypass line (130) flows in the first bypass line (R1).

한편, 상기 제1방향전환밸브(191)는 상기 제1바이패스라인(R1)의 입구측 분기지점에 설치되며, 3방밸브를 사용하는 것이 바람직하다.Meanwhile, the first directional control valve 191 is provided at a branch point on the inlet side of the first bypass line R1, and it is preferable to use a three-way valve.

상기 제1방향전환밸브(191) 뿐만아니라 제2방향전환밸브(192)와 제3방향전환밸브(193)도 3방밸브를 사용하는 것이 바람직하다.It is preferable that not only the first direction switching valve 191 but also the second direction switching valve 192 and the third direction switching valve 193 use a three-way valve.

그리고, 상기 냉매순환라인(R)에는 상기 제2팽창수단(120)을 선택적으로 통과한 냉매가 상기 실외열교환기(130)를 바이패스하도록 제2바이패스라인(R2)이 병렬로 설치되는데, 즉, 상기 제2바이패스라인(R2)은 상기 실외열교환기(130)의 입,출구측 냉매순환라인(R)을 연결하도록 설치되어, 냉매순환라인(R)을 순환하는 냉매가 실외열교환기(130)를 바이패스하도록 하게 된다.The second bypass line R2 is installed in parallel with the refrigerant circulation line R so that the refrigerant selectively passing through the second expansion means 120 bypasses the outdoor heat exchanger 130, That is, the second bypass line (R2) is provided to connect the inlet-outlet refrigerant circulation line (R) of the outdoor heat exchanger (130), so that the refrigerant circulating in the refrigerant circulation line (R) (130).

또한, 상기 제2바이패스라인(R2)과 상기 냉매순환라인(R)의 분기지점에는 실외온도에 따라 상기 실외열교환기(130) 또는 제2바이패스라인(R2)으로 냉매가 흐르도록 냉매의 흐름방향을 전환하는 제2방향전환밸브(192)가 설치된다.The refrigerant is circulated through the outdoor heat exchanger 130 or the second bypass line R2 at a branch point between the second bypass line R2 and the refrigerant circulation line R, A second direction switching valve 192 for switching the flow direction is provided.

이때, 실외온도가 영상일 경우에는 상기 제2방향전환밸브(192)의 제어를 통해 냉매가 상기 실외열교환기(130)측으로 흐르도록 제어되고, 실외온도가 영하일 경우에는 상기 제2방향전환밸브(192)의 제어를 통해 냉매가 상기 실외열교환기(130)를 바이패스하여 상기 제2바이패스라인(R2)측으로 흐르도록 제어된다.At this time, when the outdoor temperature is an image, the refrigerant is controlled to flow to the outdoor heat exchanger 130 through the control of the second direction switching valve 192. When the outdoor temperature is zero, The refrigerant is controlled to flow to the second bypass line (R2) by bypassing the outdoor heat exchanger (130) through the control of the control unit (192).

다시말해, 실외온도가 영하인 저열원 조건에서, 저온의 실외공기 영향을 최소화 할 수 있도록 도 4의 제2난방모드와 같이, 상기 제2팽창수단(120)을 통과한 냉매가 상기 실외열교환기(130)를 바이패스하여 제2바이패스라인(R2)측으로 흐르도록 하게 된다.In other words, in order to minimize the influence of the outdoor air at low temperature in the low-temperature source condition in which the outdoor temperature is below zero, the refrigerant passing through the second expansion means (120) (130) and flows to the second bypass line (R2) side.

그리고, 상기 공조케이스(150) 내부의 실내열교환기(110) 하류측에는 난방성능을 향상할 수 있도록 전기 가열식 히터(115)가 더 설치된다.An electric heater 115 is further installed on the downstream side of the indoor heat exchanger 110 in the air conditioning case 150 to improve the heating performance.

상기 전기 가열식 히터(115)로는 PTC히터를 사용하는 것이 바람직하다.As the electric heater 115, a PTC heater is preferably used.

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 heat supply unit 180 is connected to the first bypass line Rl so that waste heat of the vehicle electrical product 200 can be supplied to the refrigerant flowing through the first bypass line R1, And a cooling water heat exchanger 181b which is provided at one side of the refrigerant heat exchanger 181a and is capable of heat exchange and in which the cooling water circulating in the vehicle electrical appliance 200 flows, .

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 electrical equipment 200 in the heat pump mode.

한편, 상기 차량 전장품(200)으로는 대표적으로 모터와, 인버터 등이 있다.On the other hand, the vehicle electrical equipment 200 is typically a motor, an inverter, or the like.

그리고, 상기 제1바이패스라인(R1)을 따라 열공급수단(180)측으로 유동하는 냉매 일부를 상기 증발기(160)측으로 공급하도록, 상기 열공급수단(180)의 입구측 제1바이패스라인(R1)과 상기 증발기(160)의 입구측 냉매순환라인(R)을 연결하는 분기라인(R4)이 설치되고, 상기 분기라인(R4)상에는 냉매 유동을 온오프 제어하는 온오프 밸브(195)가 설치된다.The inlet side first bypass line (R1) of the heat supply means (180) is connected to the evaporator (160) to supply a part of the refrigerant flowing toward the heat supply means (180) along the first bypass line (R1) Off valve 195 is provided on the branch line R4 for controlling the flow of the refrigerant on / off, and a branch line R4 for connecting the inlet side refrigerant circulation line R of the evaporator 160 .

상기 온오프 밸브(195)는 차실내 제습이 필요한 경우, 즉 제습모드시 개방됨으로써, 상기 제1방향전환밸브(191)에 의해 제1바이패스라인(R1)측으로 흐르는 냉매 중 일부는 수냉식 열교환기(181)를 통과하면서 차량 전장품(200)의 폐열을 회수하고, 일부는 상기 분기라인(R4)을 통해 증발기(160)를 통과하면서 제습하게 된다.The on-off valve 195 is opened in the dehumidifying mode when it is necessary to dehumidify the passenger compartment, so that a part of the refrigerant flowing toward the first bypass line (R1) by the first direction switching valve (191) The exhaust heat of the vehicle electrical component 200 is recovered while passing through the evaporator 160 through the branch line R4.

이로인해, 상기 공조케이스(150)의 내부를 유동하는 공기가 상기 증발기(160)를 통과하면서 제습이 이루어지게 되고, 다시말해 제1,2난방모드와 같은 히트펌프 모드 작동 중에도 상기 분기라인(R4)을 통해 증발기(160)로 일부 냉매를 공급하여 차실내 제습을 수행할 수 있는 것이다.Accordingly, the air flowing inside the air conditioning case 150 is dehumidified while passing through the evaporator 160, that is, during the heat pump mode operation such as the first and second heating modes, the branch line R4 The evaporator 160 can supply a part of the refrigerant to perform the dehumidification in the passenger compartment.

한편, 실외온도가 영하인 조건에서 작동하는 제2난방모드시에는 실내공기의 열원을 회수하여 난방성능을 향상할 수 있도록, 공조케이스(150)의 공기유입모드를 내기유입모드로 작동시켜 상기 공조케이스(150)내로 내기가 유입되도록 하는 것이 바람직하다.Meanwhile, in the second heating mode in which the outdoor temperature is zero, the air inlet mode of the air conditioning case 150 is operated in the air inlet inflow mode so as to recover the heat source of the indoor air to improve the heating performance, It is preferable to allow the air to flow into the case 150.

또한, 상기 압축기(100)의 입구측 냉매순환라인(R)상에는 어큐뮬레이터(170)가 설치된다.An accumulator 170 is installed on the refrigerant circulation line R on the inlet side of the compressor 100.

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 accumulator 170 separates the liquid refrigerant and the gaseous refrigerant from the refrigerant supplied to the compressor 100 so that only the gaseous refrigerant can be supplied to the compressor 100.

그리고, 본 발명의 히트 펌프 시스템을 제어하도록 제어부(300)가 구비되는데, 상기 제어부(300)는, 차량의 각종 센서값을 수신받아 목표토출온도를 연산하여 상기 히트 펌프 시스템을 제어하게 된다.The control unit 300 controls the heat pump system according to the present invention. The control unit 300 receives various sensor values of the vehicle, calculates a target discharge temperature, and controls the heat pump system.

상기 각종 센서로는, 외기센서, 내기센서, 일사량센서, 차량속도센서, 증발기 센서, 공기토출온도 센서, 냉각수 온도센서 등이 있으며, 각 센서로부터 감지된 값이 상기 제어부(300)로 전달된다.The various sensors include an outside air sensor, an inside air sensor, a radiation amount sensor, a vehicle speed sensor, an evaporator sensor, an air discharge temperature sensor, and a cooling water temperature sensor, and the sensed value from each sensor is transmitted to the controller 300.

청구범위에서는 상기 제어부(300)가 각종 센서값을 수신받는 다고 기재하였으나, 실제 센서값 뿐만 아니라 각종 차량정보 및 탑승자 선택값(설정온도, 모드선택 등)까지 모두 포함하여 수신하는 것이 바람직하다.Although it is described in the claims that the controller 300 receives various sensor values, it is preferable that the controller 300 receives not only actual sensor values but also various vehicle information and occupant selection values (set temperature, mode selection, etc.).

상기 제어부(300)는, 히트펌프 모드시, 상기 목표토출온도와 차실내 공기토출온도의 편차에 따라 연산된 압축기(100) 회전수가 압축기(100) 최대회전수의 상한치 보다 작으면, 상기 편차에 따른 압축기(100) 회전수로 상기 압축기(100)를 가변 제어(자동제어)하고,If the number of revolutions of the compressor 100 calculated according to the deviation between the target discharge temperature and the indoor air discharge temperature in the heat pump mode is smaller than the upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor 100, Variable control (automatic control) of the compressor 100 with the number of revolutions of the compressor 100,

상기 압축기(100) 회전수가 압축기(100) 최대회전수의 상한치와 같거나 크고, 상기 목표토출온도가 차실내 공기토출온도 보다 높을 경우, 상기 압축기(100)의 작동을 유지한 상태에서 상기 전기가열식히터(115)를 작동 제어하게 된다.When the rotation speed of the compressor 100 is equal to or greater than an upper limit value of the maximum rotation speed of the compressor 100 and the target discharge temperature is higher than the indoor air discharge temperature, Thereby controlling the operation of the heater 115.

여기서, 상기 압축기(100) 최대회전수의 상한치는, 외기온도, 냉매압력, 차량속도, 블로어(152) 풍량, 실외열교환기(130)의 냉각팬 회전수, 주행구동원 온/오프 조건에 따른 각 인자별 압축기(100) 최대회전수의 상한치 중 최소값이다.The upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor 100 is determined based on the outside temperature, the refrigerant pressure, the vehicle speed, the blower 152 air volume, the cooling fan rotation number of the outdoor heat exchanger 130, Is the smallest upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor (100).

즉, 상기 압축기(100) 최대회전수의 상한치를 상기 각 인자별 압축기(100) 최대회전수의 상한치로 설정하는것이 아니라, 상기 각 인자별 압축기(100) 최대회전수의 상한치 중 최소값으로 설정함으로써, 히트펌프 모드시 최대난방이 필요한 경우에도 압축기(100)의 작동 소음을 줄일 수 있고 이로인한 탑승자의 불만도 줄일 수 있으며. 이때의 난방 부족분에 대해서는 전기가열식히터(115)를 작동시키도록 한 것이다.That is, the upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor 100 is not set as the upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor 100 for each factor but is set to the minimum value among the upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor 100 The operation noise of the compressor 100 can be reduced even when the maximum heating is required in the heat pump mode, thereby reducing the complaints of the occupant. In this case, the electric heating heater 115 is operated for the heating shortage.

아울러, 상기 압축기(100) 최대회전수의 상한치를 상기 각 인자별 압축기(100) 최대회전수의 상한치 중 최소값으로 설정하게 되면, 상기 압축기(100)의 회전수가 제한되므로 압축기(100)의 토출 압력의 상승을 억제하고 압축기(100)의 내구성을 향상할 수 있으며, 히트 펌프 시스템의 안정성도 향상할 수 있다.If the upper limit of the maximum rotation speed of the compressor 100 is set to the minimum upper limit of the maximum rotation speed of the compressor 100 for each factor, the rotation speed of the compressor 100 is limited, The durability of the compressor 100 can be improved, and the stability of the heat pump system can be improved.

한편, 상기 냉매압력은, 상기 압축기(100)의 토출 냉매압력이다.On the other hand, the refrigerant pressure is the discharge refrigerant pressure of the compressor (100).

그리고, 상기 압축기(100) 최대회전수의 상한치는 다음의 연산식으로 이루어진다.The upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor 100 is calculated by the following equation.

압축기(100) 최대회전수의 상한치 = Min(외기온도에 따른 압축기 최대회전수의 상한치, 냉매압력에 따른 압축기 최대회전수의 상한치, 차량속도에 따른 압축기 최대회전수의 상한치, 블로어 풍량에 따른 압축기 최대회전수의 상한치, 실외열교환기의 냉각팬 회전수에 따른 압축기 최대회전수의 상한치, 주행구동원 온/오프에 따른 압축기 최대회전수의 상한치)An upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor 100 = Min (an upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor according to the ambient temperature, an upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor according to the refrigerant pressure, an upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor according to the vehicle speed, The upper limit value of the maximum number of revolutions, the upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor according to the number of revolutions of the cooling fan of the outdoor heat exchanger, and the upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor,

단, 상기 압축기(100) 최대회전수의 상한치 연산시, 외기온도, 냉매압력, 차량속도, 블로어(152) 풍량, 실외열교환기(130)의 냉각팬 회전수, 주행구동원 온/오프 인자 중 신호가 없는 경우에는 해당 인자만 상기 연산식에서 제외한다.In the calculation of the upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor 100, the signal of the outdoor temperature, the refrigerant pressure, the vehicle speed, the blower 152 air volume, the cooling fan rotation number of the outdoor heat exchanger 130, The corresponding expression is excluded from the expression.

또한, 상기 제어부(300)는, 상기 압축기(100)의 작동 유지시, 상기 압축기(100) 회전수를 상기에서 연산한 압축기(100) 최대회전수의 상한치로 유지하는 것이 바람직하다. 즉, 차량 상태(냉매압력, 차량속도, 블로어(152) 풍량, 실외열교환기(130)의 냉각팬 회전수, 주행구동원 온/오프)에 따라 압축기(100) 최대회전수의 상한치를 차별화함으로써, 히트펌프 모드시 압축기(100) 작동에 따른 탑승자의 소음에 대한 불만을 줄일 수 있는 것이다.It is preferable that the control unit 300 maintains the number of revolutions of the compressor 100 at the upper limit of the maximum number of revolutions of the compressor 100 calculated when the compressor 100 is operated. That is, by differentiating the upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor 100 in accordance with the vehicle state (refrigerant pressure, vehicle speed, blower 152 air volume, cooling fan rotation number of the outdoor heat exchanger 130, It is possible to reduce complaints about the noise of the passenger due to the operation of the compressor 100 in the heat pump mode.

아울러, 상기 제어부(300)는, 히트펌프 모드시 상기 압축기(100) 회전수가 압축기(100) 최대회전수의 상한치와 같거나 크고, 상기 목표토출온도가 차실내 공기토출온도 보다 높을 경우에만 상기 압축기(100) 회전수를 압축기(100) 최대회전수의 상한치로 유지하여 작동하는 상태에서 상기 전기가열식히터(115)를 작동 제어하게 되는데, 이때 상기 전기가열식히터(115)의 작동 제어시, 상기 목표토출온도와 차실내 공기토출온도의 편차에 따른 전기가열식히터(115)의 발열량을 연산하여 전기가열식히터(115)를 가변 제어(자동제어)하게 된다.The controller 300 controls the compressor 100 only when the rotational speed of the compressor 100 is equal to or greater than the upper limit of the maximum rotational speed of the compressor 100 in the heat pump mode and the target discharge temperature is higher than the indoor air discharge temperature, The operation of the electric heater 115 is controlled in a state in which the rotational speed of the compressor 100 is maintained at the upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor 100. At this time, (Automatic control) of the electric heater 115 by calculating the calorific value of the electric heater 115 according to the deviation between the discharge temperature and the indoor air discharge temperature.

즉, 상기 전기가열식히터(115)에 공급되는 전압의 듀티비를 연산 제어함으로써, 상기 전기가열식히터(115)의 발열량을 가변 제어할 수 있다. 이때, 상기에서 전기가열식히터(115)의 제어를 통해 목표토출온도에 도달하는 등 상기 전기가열식히터(115)를 오프할 조건이 되면, 상기 전기가열식히터(115)만 오프하고, 상기 전기가열식히터(115)가 오프된 이후에는 상기 압축기(100)의 회전수를 가변 제어하게 된다.That is, by controlling the duty ratio of the voltage supplied to the electric heater 115, the amount of heat generated by the electric heater 115 can be variably controlled. At this time, when the condition for turning off the electric heater 115 is reached such that the target discharge temperature is reached through the control of the electric heater 115, only the electric heater 115 is turned off, After the compressor 115 is turned off, the number of rotations of the compressor 100 is variably controlled.

한편, 에어컨 모드시에는, 상기 증발기(160) 목표온도와 증발기(160) 온도의 편차에 따른 상기 압축기(100) 회전수를 연산하여 압축기(100)를 가변 제어(자동제어)하게 된다.Meanwhile, in the air conditioning mode, the compressor 100 is controlled to be variable (automatically controlled) by calculating the number of rotations of the compressor 100 according to a deviation between the target temperature of the evaporator 160 and the temperature of the evaporator 160.

이처럼, 본 발명은, 히트펌프 모드시, 상기 압축기(100)의 회전수가 압축기(100) 최대회전수의 상한치에 도달했을 경우에만 상기 전기가열식히터(115)를 작동시키도록 제어함으로써, 목표토출온도를 만족하기 위해 압축기(100)와 전기가열식히터(115)를 동시에 가변제어 할 경우 발생하는 차실내 공기토출온도의 수렴성이 떨어지거나 불안정해지는 문제를 해결할 수 있다.
As described above, in the heat pump mode, the present invention controls the electric heater 115 to operate only when the rotational speed of the compressor 100 reaches the upper limit of the maximum rotational speed of the compressor 100, It is possible to solve the problem that the convergence of the indoor air discharge temperature of the vehicle, which occurs when the compressor 100 and the electric heater 115 are variably controlled at the same time, becomes unstable or unstable.

이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 상기 차량용 히트 펌프 시스템의 제어방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, the control method of the vehicular heat pump system will be described with reference to FIGS. 5 and 6. FIG.

먼저, 차량의 각종 센서값을 수신받아 목표토출온도를 연산하는 제1단계(S1)를 진행한다.First, a first step (S1) of receiving various sensor values of a vehicle and calculating a target discharge temperature is performed.

상기 각종 센서로는, 외기센서, 내기센서, 일사량센서, 차량속도센서, 증발기 센서, 공기토출온도 센서, 냉각수 온도센서 등이 있으며, 각 센서로부터 감지된 값이 상기 제어부(300)로 전달된다.The various sensors include an outside air sensor, an inside air sensor, a radiation amount sensor, a vehicle speed sensor, an evaporator sensor, an air discharge temperature sensor, and a cooling water temperature sensor, and the sensed value from each sensor is transmitted to the controller 300.

이때, 상기 제어부(300)는 상기 각종 센서와 같은 실제 센서값 뿐만 아니라 각종 차량정보 및 탑승자 선택값(설정온도, 모드선택 등)까지 모두 포함하여 수신한 후, 목표토출온도를 연산하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the control unit 300 calculates the target discharge temperature after receiving not only actual sensor values such as the various sensors but also various vehicle information and occupant selection values (set temperature, mode selection, etc.) .

상기 제1단계(S1)를 거친 후, 상기 목표토출온도 또는 탑승자 선택에 따라 에어컨 모드인지 히트펌프 모드인지를 판단하는 제2단계(S2)를 진행한다.After the first step S1, a second step S2 is performed to determine whether the air conditioner mode or the heat pump mode is selected according to the target discharge temperature or the occupant selection.

상기 제2단계(S2)의 판단결과, 히트펌프 모드이면, 상기 목표토출온도와 차실내 공기토출온도간에 편차를 연산하는 제3단계(S3)를 진행한다.As a result of the determination in the second step S2, if the mode is the heat pump mode, a third step S3 is performed to calculate a deviation between the target discharge temperature and the indoor air discharge temperature.

이때, 상기 차실내 공기토출온도는, 상기 공조케이스(150)에서 토출된 공기를 차실내로 공급하기 위해 차실내측에 형성된 토출구에 온도센서(미도시)를 설치하여 공기토출온도를 감지하게 된다.At this time, a temperature sensor (not shown) is installed at a discharge port formed inside the vehicle room to supply the air discharged from the air conditioning case 150 to the inside of the vehicle room to detect the air discharge temperature.

계속해서, 상기 제3단계(S3)를 거친 후, 상기 제3단계(S3)의 편차에 따른 압축기(100) 회전수를 연산하는 제4단계(S4)를 진행하고,Subsequently, after the third step (S3), the fourth step (S4) of calculating the number of revolutions of the compressor (100) according to the deviation of the third step (S3)

상기 제4단계(S4)를 거친 후, 상기 압축기(100) 회전수가 압축기(100) 최대회전수의 상한치 보다 작은지를 판단하는 제5단계(S5)를 진행한다.A fifth step S5 of determining whether the number of revolutions of the compressor 100 is less than an upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor 100 after the fourth step S4 is performed.

여기서, 상기 압축기(100) 최대회전수의 상한치는, 차량의 각종 인자별 압축기(100) 최대회전수의 상한치 중 최소값으로 설정된다.The upper limit of the maximum number of revolutions of the compressor 100 is set to a minimum value among the upper limit of the maximum number of revolutions of the compressor 100 for various factors of the vehicle.

즉, 차량에 설치된 각종 센서로부터 감지된 각종 인자별 압축기(100) 최대회전수의 상한치 중 최소값으로 설정되는 것이다.That is, the maximum value of the maximum number of revolutions of the compressor 100 is set to the minimum value among various factors detected from various sensors installed in the vehicle.

상기 인자로는 차량의 소음 발생 인자와, 히트 펌프 시스템의 보호 인자가 있다.The factors include the vehicle noise factor and the protective factor of the heat pump system.

상기 차량의 소음 발생 인자로는, 차량속도, 블로어(152) 풍량, 실외열교환기(130)의 냉각팬 회전수, 주행구동원 온/오프가 있다.The noise generation factors of the vehicle include a vehicle speed, a blower 152 air volume, a cooling fan rotation number of the outdoor heat exchanger 130, and a travel drive source on / off.

즉, 상기 차량속도, 블로어(152) 풍량, 냉각팬 회전수가 높거나 상기 주행구동원이 온 상태일 경우에는 상기 인자들의 소음 때문에 상기 압축기(100)의 작동 소음이 상대적으로 작게 들리므로 탑승자의 불만이 없으나,That is, when the vehicle speed, the blower 152 air volume, the cooling fan rotation speed, or the traveling driving source is on, the operating noise of the compressor 100 is relatively small due to the noise of the factors, However,

상기 차량속도, 블로어(152) 풍량, 냉각팬 회전수가 낮거나 상기 주행구동원이 오프 상태일 경우에는 상기 인자들의 소음 보다 상기 압축기(100)의 작동 소음이 상대적으로 크게 들리므로 탑승자의 불만이 발생할 수 있다.When the vehicle speed, the blower 152 air volume, the cooling fan rotation speed are low, or the travel driving source is in the off state, the operation noise of the compressor 100 is relatively louder than the noise of the factors, have.

따라서, 상기 압축기(100) 최대회전수의 상한치를 차량의 소음 발생 인자별 압축기(100) 최대회전수의 상한치 중 최소값으로 설정함으로써, 압축기(100)의 작동 소음을 줄이고 탑승자의 불만도 줄일 수 있는 것이다.Therefore, by setting the upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor 100 to the minimum value of the maximum number of revolutions of the compressor 100 according to the noise generation factor of the vehicle, it is possible to reduce the operating noise of the compressor 100, will be.

한편, 상기 히트 펌프 시스템의 보호 인자로는, 외기온도, 냉매압력(압축기의 토출 냉매압력)이 있다.On the other hand, as a protective factor of the heat pump system, there are outside temperature, refrigerant pressure (discharge refrigerant pressure of the compressor).

이와 같이, 상기 압축기(100) 최대회전수의 상한치는, 외기온도, 냉매압력, 차량속도, 블로어(152) 풍량, 실외열교환기(130)의 냉각팬 회전수, 주행구동원 온/오프 조건에 따른 각 인자별 압축기(100) 최대회전수의 상한치 중 최소값이다.As described above, the upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor 100 depends on the outside air temperature, the refrigerant pressure, the vehicle speed, the blower 152 air volume, the cooling fan rotation number of the outdoor heat exchanger 130, And is the minimum value among the upper limit values of the maximum number of revolutions of the compressor 100 for each factor.

즉, 상기 압축기(100) 최대회전수의 상한치를 상기 각 인자별 압축기(100) 최대회전수의 상한치로 설정하는것이 아니라, 각 인자별 압축기(100) 최대회전수의 상한치 중 최소값으로 설정함으로써, 히트펌프 모드시 최대난방이 필요한 경우에도 압축기(100)의 회전수를 제한하여 압축기(100)의 작동 소음을 줄이고 내구성도 향상하여 이로인한 탑승자의 불만을 줄일 수 있으며. 이때의 난방 부족분에 대해서는 후술하는 단계에서 전기가열식히터(115)를 작동시키도록 한 것이다.That is, by setting the upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor 100 not to the upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor 100 for each factor but to the minimum value of the maximum number of revolutions of the compressor 100 for each factor, Even in the case where the maximum heating is required in the heat pump mode, the number of revolutions of the compressor 100 is limited to reduce the operating noise of the compressor 100 and improve durability, thereby reducing the complaints of the occupant. The heating shortage at this time is operated by the electric heater 115 in a step to be described later.

한편, 상기 압축기(100) 최대회전수의 상한치는 다음의 연산식으로 이루어진다.On the other hand, the upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor 100 is calculated by the following equation.

압축기(100) 최대회전수의 상한치 = Min(외기온도에 따른 압축기 최대회전수의 상한치, 냉매압력에 따른 압축기 최대회전수의 상한치, 차량속도에 따른 압축기 최대회전수의 상한치, 블로어 풍량에 따른 압축기 최대회전수의 상한치, 실외열교환기의 냉각팬 회전수에 따른 압축기 최대회전수의 상한치, 주행구동원 온/오프에 따른 압축기 최대회전수의 상한치)An upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor 100 = Min (an upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor according to the ambient temperature, an upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor according to the refrigerant pressure, an upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor according to the vehicle speed, The upper limit value of the maximum number of revolutions, the upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor according to the number of revolutions of the cooling fan of the outdoor heat exchanger, and the upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor,

단, 상기 압축기(100) 최대회전수의 상한치 연산시, 외기온도, 냉매압력, 차량속도, 블로어(152) 풍량, 실외열교환기(130)의 냉각팬 회전수, 주행구동원 온/오프 인자 중 신호가 없는 경우에는 해당 인자만 상기 연산식에서 제외한다.In the calculation of the upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor 100, the signal of the outdoor temperature, the refrigerant pressure, the vehicle speed, the blower 152 air volume, the cooling fan rotation number of the outdoor heat exchanger 130, The corresponding expression is excluded from the expression.

계속해서, 상기 제5단계(S5)의 판단 결과, 상기 압축기(100) 회전수가 압축기(100) 최대회전수의 상한치 보다 작으면, 상기 제4단계(S4)에서 연산된 편차에 따른 압축기(100) 회전수로 상기 압축기(100)를 가변 제어(자동제어)하는 제6단계(S6)를 진행한다.If it is determined that the number of revolutions of the compressor 100 is less than the upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor 100 as a result of the fifth step S5, (Automatic control) of the compressor 100 with the number of revolutions of the compressor 100 (step S6).

즉, 히트펌프 모드시, 상기 압축기(100) 회전수를 압축기(100) 최대회전수의 상한치로 작동할 필요가 없는 조건에서는, 상기 목표토출온도와 공기토출온도의 편차에 따른 압축기(100) 회전수로 상기 압축기(100)만 가변 제어(자동제어)하여 난방하게 되며, 상기 전기가열식히터(115)는 작동하지 않는다.That is, under the condition that it is not necessary to operate the compressor 100 at the maximum rotation speed of the compressor 100 at the time of the heat pump mode, rotation of the compressor 100 according to the deviation between the target discharge temperature and the air discharge temperature Only the compressor 100 is subjected to variable control (automatic control) to be heated, and the electric heater 115 is not operated.

상기 제5단계(S5)의 판단 결과, 상기 압축기(100) 회전수가 압축기(100) 최대회전수의 상한치 보다 작지 않으면, 즉, 상기 압축기(100) 회전수가 압축기(100) 최대회전수의 상한치와 같거나 크면, 상기 목표토출온도가 차실내 공기토출온도 보다 높은지를 판단하는 제7단계(S7)를 진행한다.If it is determined in step S5 that the number of revolutions of the compressor 100 is not less than the upper limit of the maximum number of revolutions of the compressor 100, that is, if the number of revolutions of the compressor 100 is equal to the upper limit of the maximum number of revolutions of the compressor 100 If it is determined that the target discharge temperature is higher than the indoor air discharge temperature, a seventh step S7 is performed.

상기 제7단계(S7)에서는 상기 목표토출온도가 차실내 공기토출온도 보다 높은지를 판단하게 되는데, 이때 상기 목표토출온도가 공기토출온도+소정치 보다 높은지를 판단하도록 할 수도 있다.In the seventh step S7, it is determined whether the target discharge temperature is higher than the indoor air discharge temperature. At this time, it may be determined whether the target discharge temperature is higher than the air discharge temperature plus a predetermined value.

상기 제7단계(S7)의 판단 결과, 상기 목표토출온도가 차실내 공기토출온도 보다 높으면, 상기 압축기(100)의 작동을 유지한 상태에서 전기가열식히터(115)를 작동 제어하는 제8단계(S8)를 진행한다.If the target discharge temperature is higher than the indoor air discharge temperature as a result of the seventh step S7, the operation of the electric heater 115 is controlled in a state where the operation of the compressor 100 is maintained S8).

즉, 히트펌프 모드시, 상기 압축기(100) 회전수가 압축기(100) 최대회전수의 상한치에 도달했을 경우에만 상기 전기가열식히터(115)까지 작동시켜 자동제어하도록 하는 것이다.That is, in the heat pump mode, only when the number of revolutions of the compressor 100 reaches the upper limit of the maximum number of revolutions of the compressor 100, the electric heater 115 is operated to be automatically controlled.

이때, 상기 압축기(100)의 작동 유지시에는, 상기 압축기(100) 회전수를 압축기(100) 최대회전수의 상한치로 유지하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the rotation speed of the compressor 100 is maintained at the upper limit of the maximum rotation speed of the compressor 100 when the compressor 100 is operated.

여기서, 도 6을 참조하여 상기 제8단계(S8)의 전기가열식히터(115)의 작동 제어를 상세히 설명하면, 상기 전기가열식히터(115)의 작동 제어시에는, 상기 압축기(100) 회전수를 압축기(100) 최대회전수의 상한치로 유지하는 제8-1단계(S8-1)를 진행한다.6, the operation control of the electric heater 115 of the eighth step S8 will be described in detail. When the operation of the electric heater 115 is controlled, the number of rotations of the compressor 100 (S8-1) of maintaining the compressor 100 at the upper limit of the maximum number of revolutions.

즉, 상기 압축기(100) 회전수를 상기에서 연산한 압축기(100) 최대회전수의 상한치로 계속 작동 유지하는 것이다.That is, the operation of the compressor (100) is continuously operated at the upper limit of the maximum number of revolutions of the compressor (100) calculated above.

상기 제8-1단계(S8-1)를 거친 후에는, 상기 목표토출온도와 차실내 공기토출온도의 편차에 따른 상기 전기가열식히터(115)의 발열량을 연산하여 전기가열식히터(115)를 가변 제어(자동제어)하는 제8-2단계(S8-2)를 진행한다.After the step 8-1 (S8-1), the heating value of the electric heater 115 is calculated according to the deviation between the target discharge temperature and the indoor air discharge temperature, and the electric heater 115 is changed Step 8-2 (S8-2) of control (automatic control) is performed.

즉, 상기 전기가열식히터(115)에 공급되는 전압의 듀티비를 연산 제어함으로써, 상기 전기가열식히터(115)의 발열량을 가변 제어할 수 있다.That is, by controlling the duty ratio of the voltage supplied to the electric heater 115, the amount of heat generated by the electric heater 115 can be variably controlled.

계속해서, 상기 제8-2단계(S8-2)를 거친 후, 상기 전기가열식히터(115)를 오프할 조건인지를 판단하는 제8-3단계(S8-3)를 진행한다.Subsequently, after the above-mentioned step 8-2 (S8-2), the program proceeds to step 8-3 in which it is determined whether or not the electric heater 115 is to be turned off.

즉, 상기에서 전기가열식히터(115)의 가변 제어(자동제어)를 통해 목표토출온도에 도달하는 등 상기 전기가열식히터(115)를 오프할 조건이 되었는지를 판단하는 것이다.That is, it is determined whether or not the condition for turning off the electric heater 115 is reached, such as reaching the target discharge temperature through the variable control (automatic control) of the electric heater 115.

상기 제8-3단계(S8-3)의 판단 결과, 상기 전기가열식히터(115)를 오프할 조건이면, 상기 전기가열식히터(115)만 오프하는 제8-4단계(S8-4)를 진행한다.If it is determined that the electric heater 115 is to be turned off as a result of the determination in the step 8-3 (S8-3), the operation goes to the step 8-4 (S8-4) in which only the electric heater 115 is turned off do.

상기 제8-4단계(S8-4)를 진행하여 상기 전기가열식히터(115)만 오프한 후에는 상기 압축기(100)의 회전수를 가변 제어하게 된다.After the electric heater 115 is turned off in step S8-4, the rotational speed of the compressor 100 is variably controlled.

상기 제8-4단계(S8-4)를 진행한 후에는 도 5의 시작 위치로 리턴하게 된다.After the step 8-4 (S8-4), the process returns to the starting position of FIG.

한편, 상기 제7단계(S7)의 판단 결과, 상기 목표토출온도가 차실내 공기토출온도 보다 높지 않으면, 상기 전기가열식히터(115)를 오프 상태로 유지하게 된다.On the other hand, if it is determined in the seventh step S7 that the target discharge temperature is not higher than the indoor air discharge temperature, the electric heater 115 is kept in the off state.

그리고, 상기 제2단계(S2)의 판단결과, 에어컨 모드이면, 증발기(160)의 목표온도를 연산하는 제9단계(S9)를 진행하고,If it is determined in the second step S2 that the air conditioner mode is selected, the process proceeds to the ninth step S9 of calculating the target temperature of the evaporator 160,

상기 제9단계(S9)를 거친 후, 상기 증발기(160)의 목표온도와 증발기(160) 온도간에 편차를 연산하는 제10단계(S10)를 진행한다.After the ninth step S9, a tenth step S10 is performed to calculate the deviation between the target temperature of the evaporator 160 and the temperature of the evaporator 160. [

상기 증발기(160)의 온도는 상기 증발기(160)측에 온도센서를 설치하여 증발기(160)의 표면온도를 감지하게 된다.The temperature of the evaporator 160 is sensed by installing a temperature sensor on the evaporator 160 side.

상기 제10단계(S10)를 거친 후, 상기 제10단계(S10)의 편차에 따른 압축기(100) 회전수를 연산하여 압축기(100)를 가변 제어(자동제어)하는 제11단계(S11)를 진행한다.
After the tenth step S10, an eleventh step S11 is performed to variably control (automatically control) the compressor 100 by calculating the number of rotations of the compressor 100 according to the deviation of the tenth step S10 Go ahead.

이하, 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 작용을 설명하기로 하며, 편의상 에어컨 모드와, 히트펌프 모드의 제1,2난방모드에 대해서만 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation of the vehicle heat pump system according to the present invention will be described, and only the air conditioning mode and the first and second heating modes of the heat pump mode will be described for convenience.

가. 에어컨 모드(냉방 모드)(도 2)end. Air conditioning mode (cooling mode) (Fig. 2)

에어컨 모드(냉방 모드)시에는, 도 2와 같이, 상기 제1방향전환밸브(191)를 통해 상기 제1바이패스라인(R1)이 폐쇄되고, 상기 제2방향전환밸브(192)를 통해 제2바이패스라인(R2)도 폐쇄되며, 상기 제3방향전환밸브(193)는 팽창라인(R3)을 폐쇄하게 된다.In the air conditioning mode (cooling mode), as shown in FIG. 2, the first bypass line R1 is closed through the first direction switching valve 191, and the first bypass line R1 is closed through the second direction switching valve 192 The second bypass line R2 is also closed, and the third direction switching valve 193 closes the expansion line R3.

또한, 상기 열공급수단(180)의 수냉식 열교환기(181)로는 전장품(200)을 순환하는 냉각수가 공급되지 않는다.The cooling water circulating through the electrical component 200 is not supplied to the water-cooled heat exchanger 181 of the heat supply unit 180.

한편, 최대 냉방시에는 상기 공조케이스(150)내의 온도조절도어(151)가 실내열교환기(110)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, at the time of maximum cooling, the temperature control door 151 in the air conditioning case 150 is operated to close the passage through the indoor heat exchanger 110, so that the air blown into the air conditioning case 150 by the blower Is cooled while passing through the evaporator (160), and is then supplied to the interior of the vehicle by bypassing the indoor heat exchanger (110), thereby cooling the interior of the vehicle.

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)로 공급된다.The high-temperature, high-pressure gaseous refrigerant discharged from the compressor 100 after being compressed is supplied to the indoor heat exchanger 110 installed in the air conditioning case 150.

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)로 유동하게 된다.The refrigerant supplied to the indoor heat exchanger 110 is supplied to the outdoor heat exchanger 130 without heat exchange with air because the temperature control door 151 closes the passage on the indoor heat exchanger 110 as shown in FIG. .

상기 실외열교환기(130)로 유동한 냉매는, 실외공기와 열교환하게 되면서 응축되며, 이로인해 기상 냉매가 액상 냉매로 바뀌게 된다.The refrigerant flowing into the outdoor heat exchanger 130 is condensed while exchanging heat with the outdoor air, thereby changing the gaseous refrigerant into the liquid refrigerant.

한편, 상기 실내열교환기(110)와 실외열교환기(130)는 모두 응축기 역학을 하게 되지만, 실외공기와 열교환하는 상기 실외열교환기(130)에서 주로 냉매가 응축되게 된다.Meanwhile, both the indoor heat exchanger 110 and the outdoor heat exchanger 130 perform the condenser dynamics, but the refrigerant is mainly condensed in the outdoor heat exchanger 130 that performs heat exchange with the outdoor air.

계속해서, 상기 실외열교환기(130)를 통과한 냉매는, 상기 제1팽창수단(140)을 통과하는 과정에서 감압 팽창되어 저온 저압의 액상냉매가 된 후, 상기 증발기(160)로 유입된다.Subsequently, the refrigerant passing through the outdoor heat exchanger 130 is decompressed and expanded in the process of passing through the first expansion means 140 to be a low-temperature low-pressure liquid-phase refrigerant, and then flows into the evaporator 160.

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 evaporator 160 is heat-exchanged with the air blown into the air conditioning case 150 through the blower to evaporate, and at the same time, the air is cooled by an endothermic effect due to the latent heat of evaporation of the refrigerant. And supplied to the vehicle interior to be cooled.

이후, 상기 증발기(160)에서 배출된 냉매는 상기 압축기(100)로 유입되면서 상술한 바와 같은 사이클을 재순환하게 된다.
Then, the refrigerant discharged from the evaporator 160 flows into the compressor 100 and recycles the cycle as described above.

나. 히트펌프 모드의 제1난방모드(도 3)I. In the first heating mode (Fig. 3) of the heat pump mode,

히트펌프 모드의 제1난방모드는, 실외온도가 영상인 조건에서 작동하며, 실외공기와 차량 전장품(200)의 폐열을 열원으로 이용하는 모드로서, 도 3과 같이, 상기 제1방향전환밸브(191)를 통해 상기 제1바이패스라인(R1)이 개방되어, 상기 제1팽창수단(140) 및 증발기(160)측으로는 냉매가 공급되지 않는다.The first heating mode of the heat pump mode operates under the condition that the outdoor temperature is an image and uses the outdoor air and the waste heat of the vehicle electrical equipment 200 as a heat source. The first bypass line R1 is opened and the refrigerant is not supplied to the first expansion means 140 and the evaporator 160 side.

또한, 상기 제2방향전환밸브(192)를 통해 제2바이패스라인(R2)이 폐쇄되고, 상기 제3방향전환밸브(193)를 통해 상기 팽창라인(R3)이 개방된다.The second bypass line R2 is closed through the second direction switching valve 192 and the expansion line R3 is opened through the third direction switching valve 193.

한편, 차량 전장품(200)에 의해 가열된 냉각수가 상기 열공급수단(180)인 수냉식 열교환기(181)의 냉각수 열교환부(181b)로 공급되게 된다.On the other hand, the cooling water heated by the vehicle electrical component 200 is supplied to the cooling water heat exchanger 181b of the water-cooled heat exchanger 181 serving as the heat supply means 180.

그리고, 제1난방모드시에는 상기 공조케이스(150)내의 온도조절도어(151)가 실내열교환기(110)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 temperature control door 151 in the air conditioning case 150 is operated to close the passage bypassing the indoor heat exchanger 110, and is blown into the air conditioning case 150 by the blower Air passes through the evaporator 160 (operation stop), passes through the indoor heat exchanger 110, and is converted into hot air to be supplied to the interior of the vehicle, thereby heating the interior of the vehicle.

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)로 유입된다.The high-temperature, high-pressure gaseous refrigerant discharged from the compressor 100 after being compressed is introduced into the indoor heat exchanger 110 installed inside the air conditioning case 150.

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 indoor heat exchanger 110 is condensed while exchanging heat with the air blown into the air conditioning case 150 through the blower. At this time, air passing through the indoor heat exchanger 110 After changing to hot air, it is supplied to the interior of the vehicle, and the interior of the vehicle is heated.

계속해서, 상기 실내열교환기(110)에서 배출된 냉매는 상기 제3방향전환밸브(193)을 통해 팽창라인(R3)으로 유동하게 되고, 상기 팽창라인(R3)으로 유동하는 냉매는 상기 제2팽창수단(120)을 통과하는 과정에서 감압 팽창되어 저온 저압의 액상냉매가 된 후, 증발기 역할을 하는 실외열교환기(130)로 공급된다.Subsequently, the refrigerant discharged from the indoor heat exchanger 110 flows into the expansion line R3 through the third direction switching valve 193, and the refrigerant flowing into the expansion line R3 flows through the second Pressure low-temperature liquid refrigerant in the process of passing through the expansion means 120, and then supplied to the outdoor heat exchanger 130 serving as an evaporator.

상기 실외열교환기(130)로 공급된 냉매는, 실외공기와 열교환하면서 증발한 후 상기 제1방향전환밸브(191)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 outdoor heat exchanger 130 is evaporated while exchanging heat with the outdoor air and then passed through the first bypass line R1 by the first direction switching valve 191. At this time, The refrigerant passing through the pass line R1 is heat-exchanged with the cooling water passing through the cooling water heat exchanging part 181b in the process of passing through the refrigerant heat exchanging part 181a of the water-cooling type heat exchanger 181, And then recycles the cycle as described above while flowing into the compressor 100.

다. 히트펌프 모드의 제2난방모드(도 4)All. In the second heating mode (Fig. 4) of the heat pump mode,

히트펌프 모드의 제2난방모드는, 실외온도가 영하인 조건에서 작동하며, 실내공기(내기유입모드)와 차량 전장품(200)의 폐열을 열원으로 이용하는 모드로서, 도 4와 같이, 상기 제1방향전환밸브(191)를 통해 상기 제1바이패스라인(R1)이 개방되고, 상기 제2방향전환밸브(192)를 통해 상기 제2바이패스라인(R2)이 개방된다.The second heating mode of the heat pump mode operates under the condition that the outdoor temperature is below zero and uses the indoor air (inflow inflow mode) and the waste heat of the vehicle electrical equipment 200 as a heat source. The first bypass line R1 is opened through the direction switching valve 191 and the second bypass line R2 is opened through the second direction switching valve 192. [

또한, 상기 온오프 밸브(195)를 통해 상기 분기라인(R4)이 폐쇄되고, 상기 제3방향전환밸브(193)를 통해 상기 팽창라인(R3)이 개방되며, 상기 공조케이스(150)내로 내기를 유입하도록 내기유입모드로 전환된다.Further, the branch line R4 is closed through the on-off valve 195, the expansion line R3 is opened through the third direction switching valve 193, Into the inflow inflow mode.

한편, 차량 전장품(200)에 의해 가열된 냉각수가 상기 열공급수단(180)인 수냉식 열교환기(181)의 냉각수 열교환부(181b)로 공급되게 된다.On the other hand, the cooling water heated by the vehicle electrical component 200 is supplied to the cooling water heat exchanger 181b of the water-cooled heat exchanger 181 serving as the heat supply means 180.

그리고, 제2난방모드시에는 상기 공조케이스(150)내의 온도조절도어(151)가 실내열교환기(110)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 temperature control door 151 in the air conditioning case 150 is operated to close the passage bypassing the indoor heat exchanger 110, so that air is blown into the air conditioning case 150 by the blower Air passes through the evaporator 160 (operation stop), passes through the indoor heat exchanger 110, and is converted into hot air to be supplied to the interior of the vehicle, thereby heating the interior of the vehicle.

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)로 유입된다.The high-temperature, high-pressure gaseous refrigerant discharged from the compressor 100 after being compressed is introduced into the indoor heat exchanger 110 installed inside the air conditioning case 150.

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 indoor heat exchanger 110 is condensed while exchanging heat with the air blown into the air conditioning case 150 through the blower. At this time, air passing through the indoor heat exchanger 110 After changing to hot air, it is supplied to the interior of the vehicle, and the interior of the vehicle is heated.

계속해서, 상기 실내열교환기(110)에서 배출된 냉매는 상기 제3방향전환밸브(193)을 통해 팽창라인(R3)으로 유동하게 되고, 상기 팽창라인(R3)으로 유동하는 냉매는 상기 제2팽창수단(120)을 통과하는 과정에서 감압 팽창되어 저온 저압의 액상냉매가 된 후, 상기 제2바이패스라인(R2)으로 유동하게 되면서 상기 실외열교환기(130)를 바이패스하게 된다.Subsequently, the refrigerant discharged from the indoor heat exchanger 110 flows into the expansion line R3 through the third direction switching valve 193, and the refrigerant flowing into the expansion line R3 flows through the second The refrigerant flows to the second bypass line (R2) and bypasses the outdoor heat exchanger (130). The liquid refrigerant flows through the second bypass line (R2).

이후, 상기 제2바이패스라인(R2)을 통과한 냉매는, 상기 제1방향전환밸브(191)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.Then, the refrigerant having passed through the second bypass line R2 passes through the first bypass line R1 by the first direction switching valve 191. At this time, the first bypass line R1 Is heat-exchanged with the cooling water passing through the cooling water heat exchanging part 181b in the course of passing through the refrigerant heat exchanging part 181a of the water-cooling type heat exchanger 181 to recover the waste heat of the vehicle electrical equipment 200 , And recycles the cycle as described above while flowing into the compressor (100).

100: 압축기 110: 실내열교환기
115: 전기가열식히터
120: 제2팽창수단 121: 오리피스
130: 실외열교환기 140: 제1팽창수단
150: 공조케이스 151: 온도조절도어
152: 블로어
160: 증발기 170: 어큐뮬레이터
180: 열공급수단 181: 수냉식 열교환기
181a: 냉매 열교환부 181b: 냉각수 열교환부
191: 제1방향전환밸브 192: 제2방향전환밸브
193: 제3방향전환밸브 195: 유량제어밸브
200: 전장품 300: 제어부
R: 냉매순환라인 R1: 제1바이패스라인
R2: 제2바이패스라인 R3: 팽창라인
R4: 분기라인
100: compressor 110: indoor heat exchanger
115: Electric heater
120: second expansion means 121: orifice
130: outdoor heat exchanger 140: first expansion means
150: air conditioning case 151: temperature control door
152: Blower
160: Evaporator 170: Accumulator
180: Heat supply unit 181: Water-cooled heat exchanger
181a: refrigerant heat exchanger 181b: cooling water heat exchanger
191: first direction switching valve 192: second direction switching valve
193: Third direction switching valve 195: Flow control valve
200: electrical equipment 300:
R: refrigerant circulation line R1: first bypass line
R2: second bypass line R3: inflation line
R4: Branch line

Claims (14)

차량용 히트 펌프 시스템의 제어방법에 있어서,
차량의 각종 센서값을 수신받아 목표토출온도를 연산하는 제1단계(S1)와,
상기 제1단계(S1)를 거친 후, 상기 목표토출온도 또는 탑승자 선택에 따라 에어컨 모드인지 히트펌프 모드인지를 판단하는 제2단계(S2)와,
상기 제2단계(S2)의 판단결과, 히트펌프 모드이면, 상기 목표토출온도와 차실내 공기토출온도간에 편차를 연산하는 제3단계(S3)와,
상기 제3단계(S3)를 거친 후, 상기 제3단계(S3)의 편차에 따른 압축기(100) 회전수를 연산하는 제4단계(S4)와,
상기 제4단계(S4)를 거친 후, 상기 압축기(100) 회전수가 압축기(100) 최대회전수의 상한치 보다 작은지를 판단하는 제5단계(S5)와,
상기 제5단계(S5)의 판단 결과, 상기 압축기(100) 회전수가 압축기(100) 최대회전수의 상한치 보다 작으면, 상기 제4단계(S4)에서 연산된 편차에 따른 압축기(100) 회전수로 상기 압축기(100)를 가변 제어하는 제6단계(S6)와,
상기 제5단계(S5)의 판단 결과, 상기 압축기(100) 회전수가 압축기(100) 최대회전수의 상한치 보다 작지 않으면, 상기 목표토출온도가 차실내 공기토출온도 보다 높은지를 판단하는 제7단계(S7)와,
상기 제7단계(S7)의 판단 결과, 상기 목표토출온도가 차실내 공기토출온도 보다 높으면, 상기 압축기(100)의 작동을 유지한 상태에서 전기가열식히터(115)를 작동 제어하는 제8단계(S8)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템의 제어방법.
A control method for a vehicle heat pump system,
A first step (S1) of receiving various sensor values of the vehicle and calculating a target discharge temperature,
A second step S2 of determining whether the air conditioner mode or the heat pump mode is selected according to the target discharge temperature or the occupant selection after the first step S1;
A third step (S3) of calculating a deviation between the target discharge temperature and the indoor air discharge temperature in the heat pump mode as a result of the determination in the second step (S2)
A fourth step (S4) of calculating the number of rotations of the compressor (100) according to the deviation of the third step (S3) after the third step (S3)
A fifth step S5 of determining whether the number of revolutions of the compressor 100 is less than an upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor 100 after the fourth step S4,
If the number of rotations of the compressor 100 is smaller than the upper limit of the maximum number of rotations of the compressor 100 as a result of the fifth step S5, A sixth step (S6) of variably controlling the compressor (100)
A seventh step of determining whether the target discharge temperature is higher than the indoor air discharge temperature if the number of revolutions of the compressor 100 is not less than the upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor 100 as a result of the fifth step S5 S7)
If the target discharge temperature is higher than the indoor air discharge temperature as a result of the seventh step S7, the operation of the electric heater 115 is controlled in a state where the operation of the compressor 100 is maintained (S8). ≪ / RTI >
제 1 항에 있어서,
상기 압축기(100) 최대회전수의 상한치는, 차량의 소음 발생 인자별 압축기(100) 최대회전수의 상한치 중 최소값인 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템의 제어방법.
The method according to claim 1,
Wherein the upper limit of the maximum number of revolutions of the compressor (100) is a minimum value of the maximum number of revolutions of the compressor (100) for each noise generation factor of the vehicle.
제 1 항에 있어서,
상기 압축기(100) 최대회전수의 상한치는, 히트 펌프 시스템의 보호 인자별 압축기(100) 최대회전수의 상한치 중 최소값인 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템의 제어방법.
The method according to claim 1,
Wherein the upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor (100) is a minimum value of an upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor (100) for each protection factor of the heat pump system.
제 2 항에 있어서,
상기 차량의 소음 발생 인자는, 차량속도, 블로어(152) 풍량, 실외열교환기(130)의 냉각팬 회전수, 주행구동원 온/오프인 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템의 제어방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the noise generation factor of the vehicle is a vehicle speed, a blower air volume, a cooling fan rotation number of the outdoor heat exchanger (130), and a traveling drive source on / off.
제 3 항에 있어서,
상기 히트 펌프 시스템의 보호 인자는, 외기온도, 냉매압력인 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템의 제어방법.
The method of claim 3,
Wherein the protection factor of the heat pump system is an outdoor temperature and a refrigerant pressure.
제 1 항에 있어서,
상기 압축기(100) 최대회전수의 상한치는, 외기온도, 냉매압력, 차량속도, 블로어 풍량, 실외열교환기의 냉각팬 회전수, 주행구동원 온/오프 조건에 따른 각 인자별 압축기(100) 최대회전수의 상한치 중 최소값인 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템의 제어방법.
The method according to claim 1,
The upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor 100 is the maximum rotation number of the compressor 100 for each factor according to the outside air temperature, the refrigerant pressure, the vehicle speed, the blower air volume, the cooling fan rotation number of the outdoor heat exchanger, Wherein the maximum value of the upper limit of the number of the heat pumps is a minimum value.
제 1 항에 있어서,
상기 제8단계(S8)는, 상기 압축기(100)의 작동 유지시, 상기 압축기(100) 회전수를 압축기(100) 최대회전수의 상한치로 유지하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템의 제어방법.
The method according to claim 1,
The control method for a vehicle heat pump system according to claim 1, wherein the eighth step (S8) maintains the rotational speed of the compressor (100) at an upper limit of a maximum rotational speed of the compressor (100) .
제 1 항에 있어서,
상기 제8단계(S8)에서 상기 전기가열식히터(115)의 작동 제어시,
상기 압축기(100) 회전수를 압축기(100) 최대회전수의 상한치로 유지하는 제8-1단계(S8-1)와,
상기 제8-1단계(S8-1)를 거친 후, 상기 목표토출온도와 차실내 공기토출온도의 편차에 따른 상기 전기가열식히터(115)의 발열량을 연산하여 전기가열식히터(115)를 가변 제어하는 제8-2단계(S8-2)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템의 제어방법.
The method according to claim 1,
In the operation control of the electric heater 115 in the eighth step S8,
An eighth step (S8-1) of maintaining the number of revolutions of the compressor (100) at an upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor (100)
After the step 8-1 (S8-1), the amount of heat generated by the electric heater 115 according to the deviation between the target discharge temperature and the indoor air discharge temperature is calculated and the electric heater 115 is subjected to variable control (S8-2) for determining whether or not the heat pump system is in operation.
제 8 항에 있어서,
상기 제8-2단계(S8-2)를 거친 후, 상기 전기가열식히터(115)를 오프할 조건인지를 판단하는 제8-3단계(S8-3)와,
상기 제8-3단계(S8-3)의 판단 결과, 상기 전기가열식히터(115)를 오프할 조건이면, 상기 전기가열식히터(115)만 오프하는 제8-4단계(S8-4)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템의 제어방법.
9. The method of claim 8,
An eighth step (S8-3) of judging whether or not the electric heater 115 is to be turned off after the step 8-2 (S8-2)
If it is determined in step 8-3 that the electric heater 115 is to be turned off as a result of the determination in step 8-3, step 8-4 of turning off only the electric heater And controlling the temperature of the heat pump.
제 1 항에 있어서,
상기 제2단계(S2)의 판단결과, 에어컨 모드이면, 증발기(160)의 목표온도를 연산하는 제9단계(S9)와,
상기 제9단계(S9)를 거친 후, 상기 증발기(160)의 목표온도와 증발기(160) 온도간에 편차를 연산하는 제10단계(S10)와,
상기 제10단계(S10)를 거친 후, 상기 제10단계(S10)의 편차에 따른 압축기(100) 회전수를 연산하여 압축기(100)를 가변 제어하는 제11단계(S11)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템의 제어방법.
The method according to claim 1,
A ninth step S9 of calculating a target temperature of the evaporator 160 if the air conditioning mode is determined as a result of the second step S2,
A tenth step (S10) of calculating a deviation between the target temperature of the evaporator (160) and the temperature of the evaporator (160) after the ninth step (S9)
The method may further include an eleventh step (S11) of calculating the number of rotations of the compressor (100) according to the deviation of the tenth step (S10) after the 10th step (S10) to variably control the compressor Wherein the heat pump system comprises:
냉매순환라인상(R)에 각각 연결되는 것으로, 냉매를 압축하여 배출하는 압축기(100)와, 공조케이스(150)의 내부에 배치되는 증발기(160) 및 실내열교환기(110)와, 공조케이스(150)의 외부에 배치되는 실외열교환기(130)를 포함하며, 상기 공조케이스의 내부에 전기가열식히터(115)가 구비되어 이루어진 차량용 히트 펌프 시스템에 있어서,
차량의 각종 센서값을 수신받아 목표토출온도를 연산하여 상기 히트 펌프 시스템을 제어하는 제어부(300)를 구비하고,
상기 제어부(300)는, 히트펌프 모드시, 상기 목표토출온도와 차실내 공기토출온도의 편차에 따라 연산된 압축기(100) 회전수가 압축기(100) 최대회전수의 상한치 보다 작으면, 상기 편차에 따른 압축기(100) 회전수로 상기 압축기(100)를 가변 제어하고,
상기 압축기(100) 회전수가 압축기(100) 최대회전수의 상한치와 같거나 크고, 상기 목표토출온도가 차실내 공기토출온도 보다 높을 경우, 상기 압축기(100)의 작동을 유지한 상태에서 상기 전기가열식히터(115)를 작동 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
A compressor 100 connected to the refrigerant circulation line R to compress and discharge the refrigerant, an evaporator 160 and an indoor heat exchanger 110 disposed inside the air conditioning case 150, And an outdoor heat exchanger (130) disposed outside the outdoor heat exchanger (150), wherein an electric heater (115) is provided inside the air conditioning case,
And a control unit (300) for receiving various sensor values of the vehicle and calculating a target discharge temperature to control the heat pump system,
If the number of revolutions of the compressor 100 calculated according to the deviation between the target discharge temperature and the indoor air discharge temperature in the heat pump mode is smaller than the upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor 100, Variable control of the compressor 100 with the number of revolutions of the compressor 100,
When the rotation speed of the compressor 100 is equal to or greater than an upper limit value of the maximum rotation speed of the compressor 100 and the target discharge temperature is higher than the indoor air discharge temperature, And controls operation of the heater (115).
제 11 항에 있어서,
상기 압축기(100) 최대회전수의 상한치는, 외기온도, 냉매압력, 차량속도, 블로어 풍량, 실외열교환기의 냉각팬 회전수, 주행구동원 온/오프 조건에 따른 각 인자별 압축기(100) 최대회전수의 상한치 중 최소값인 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
12. The method of claim 11,
The upper limit value of the maximum number of revolutions of the compressor 100 is the maximum rotation number of the compressor 100 for each factor according to the outside air temperature, the refrigerant pressure, the vehicle speed, the blower air volume, the cooling fan rotation number of the outdoor heat exchanger, And the minimum value of the upper limit of the number of the heat pumps.
제 11 항에 있어서,
상기 제어부(300)는, 상기 압축기(100)의 작동 유지시, 상기 압축기(100) 회전수를 압축기(100) 최대회전수의 상한치로 유지하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
12. The method of claim 11,
Wherein the controller (300) maintains the rotational speed of the compressor (100) at an upper limit of a maximum rotational speed of the compressor (100) when the compressor (100) is operated.
제 11 항에 있어서,
상기 제어부(300)는, 상기 전기가열식히터(115)의 작동 제어시, 상기 압축기(100) 회전수를 압축기(100) 최대회전수의 상한치로 유지한 상태에서 상기 목표토출온도와 차실내 공기토출온도의 편차에 따른 전기가열식히터(115)의 발열량을 연산하여 전기가열식히터(115)를 가변 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
12. The method of claim 11,
The control unit 300 may control the operation of the electric heating type heater 115 such that the target discharge temperature is lower than the maximum dischargeable temperature of the compressor 100, And the electric heating heater (115) is variably controlled by calculating the heat generation amount of the electric heater (115) according to the temperature deviation.
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