KR20130026872A

KR20130026872A - 차량용 히트펌프 시스템 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR20130026872A
Application number: KR1020110090311A
Authority: KR
Inventors: 최용현; 김재연; 차용웅; 조완제; 박중하; 김재산; 박만희
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2011-09-06
Filing date: 2011-09-06
Publication date: 2013-03-14
Also published as: KR101283592B1

Abstract

차량용 히트펌프 시스템 및 그 제어방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 차량에 구성되어 냉각라인을 통해 차량 구동용 모터와 전장품에 냉각수를 공급 및 순환시키는 쿨링수단과, 차량 실내의 냉난방을 조절하도록 냉매라인으로 연결되는 에어컨 수단을 포함하는 차량용 히트펌프 시스템에 있어서, 상기 쿨링수단은 차량에 구성되어 적어도 하나 이상의 워터펌프를 통해 냉각라인을 따라 냉각수를 순환시키고, 공급되는 냉각수를 외기와의 열교환을 통해 냉각시키는 적어도 하나 이상의 라디에이터와, 상기 라디에이터에 바람을 송풍하는 쿨링팬을 포함하며, 상기 냉각라인과 연결되어 냉각수가 순환되고, 차량의 난방, 냉방, 및 제습모드에 따라 상기 전장품으로부터 발생되는 폐열원을 선택적으로 이용하여 냉각수의 수온을 변화시키며, 상기 에어컨 수단의 냉매라인과 연결되어 유입된 냉매를 냉각수와 열교환시키는 수냉 컨덴서를 더 포함한다.

Description

차량용 히트펌프 시스템 및 그 제어방법{HEAT PUMP SYSTEM FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 히트펌프 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전장품에서 발생하는 폐열을 이용하여 난방성능과 제습성능을 향상시키고, 동일한 동력으로 차량의 전체적인 주행거리를 증가시키도록 하는 차량용 히트펌스 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차용 공기조화장치는 자동차의 실내를 냉난방하기 위한 에어컨 모듈을 포함한다.

이러한 에어컨모듈은 압축기의 구동에 의하여 토출되는 열교환매체가 응축기, 리시버 드라이어, 팽창밸브 및 증발기를 거쳐 다시 압축기로 순환하는 과정에서 증발기에 의한 열교환에 의하여 자동차의 실내를 냉방하거나 냉각수를 히터로 유입하여 열교환시킴으로써 실내를 난방하도록 구성된다.

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

이러한 친환경 차량 중, 전기자동차에는 일반 차량의 공기조화장치와는 달리 별도의 히터가 사용되지 않으며, 전기자동차에 적용되는 공기조화장치를 통상적으로 히트펌프 시스템이라 한다.

이러한 히트펌프 시스템은 여름철 냉방모드 시에는 압축기로부터 압축된 고온, 고압의 기상냉매가 응축기를 통하여 응축된 후 리시버 드라이어 및 팽창밸브를 거쳐 증발기에서의 증발을 통하여 실내의 온도 및 습도를 낮추는 일반적인 원리와 동일하나, 겨울철 난방모드 시에는 고온, 고압의 기상냉매를 히터 매체로 이용한다는 특징을 가지고 있다.

즉, 전기자동차는 난방모드에서 고온, 고압의 기상냉매가 밸브를 통하여 실외응축기가 아닌 실내응축기로 유동하여 흡입된 외기와의 열교환이 이루어지며, 열교환된 외기가 PTC(Positive Temperature Coefficient) 히터를 통과하면서 차량의 실내로 유입됨에 따라, 차량 실내 온도를 높이게 된다.

그리고 실내응축기로 유입된 고온, 고압의 기상냉매는 흡입된 외기와의 열교환을 통하여 응축되어 다시 액냉매로 토출된다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 히트펌프 시스템은 외부공기를 냉매와의 열교환 매체로 이용하는 공랭식이 적용되는 바, 압축기를 비롯한 열교환기들 및 각 구성요소의 구조가 복잡해져 전체적인 시스템 패키지가 복잡해지는 문제점이 있다.

또한, 겨울철 극 저온 또는 저온상태의 외기와 열교환된 냉매가 실내응축기로부터 열교환되어 초저온 상태로 배출되어 외부응축기로 유입됨에 따라, 외부응축기에 표면 결빙이 발생하여 열교환매체의 열교환효율과 난방성능 및 효율이 저하되며, 냉방모드에서 난방모드로의 전환할 경우, 증발기 외부에 잔류한 응축수에 의해 습도가 증가하여 차량의 차창에 습기가 차게된다.

이를 방지하기 위해 외부응축기 표면 결빙을 제거하는 제상모드에서는 컴프레서의 작동을 중지하고, PTC 히터로만 난방을 수행해야만 함에 따라, 난방성능이 극히 저하되는 동시에, 전원사용량 증가에 따른 난방부하 상승 및 난방주행 시, 주행거리가 단축되는 문제점이 있다.

또한, 실내응축기로부터의 액냉매가 압축기로 흡입될 때 기상냉매로 전환해 줄 수 있는 열원이 부족하기 때문에 압축효율이 저하되어 외기온도가 낮은 경우에는 난방성능이 현저하게 부족하며, 시스템이 불안정할 뿐만 아니라 액냉매가 압축기로 유입될 때 압축기의 내구성이 저하되는 문제점도 있다.

또한, 차량 실내의 습기 제거를 위한 별도의 제습모드에서는 2-way 밸브의 빈번한 개폐작동으로 인한 소음 및 진동이 발생되는 문제점도 내포하고 있다.

본 발명의 실시예들은 전장품에서 발생하는 폐열원을 이용해 냉각수와 냉매를 상호 열교환시킴으로써, 난방성능 및 효율과 제습성능을 향상시키고, 차량의 난방모드에서 발생할 수 있는 난방부하를 감소시킴으로써, 동일한 동력으로 차량의 전체적인 주행거리를 증가시키도록 하는 차량용 히트펌프 시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에서는 차량에 구성되어 냉각라인을 통해 차량 구동용 모터와 전장품에 냉각수를 공급 및 순환시키는 쿨링수단과, 차량 실내의 냉난방을 조절하도록 냉매라인으로 연결되는 에어컨 수단을 포함하는 차량용 히트펌프 시스템에 있어서, 상기 쿨링수단은 차량에 구성되어 적어도 하나 이상의 워터펌프를 통해 냉각라인을 따라 냉각수를 순환시키고, 공급되는 냉각수를 외기와의 열교환을 통해 냉각시키는 적어도 하나 이상의 라디에이터와, 상기 라디에이터에 바람을 송풍하는 쿨링팬을 포함하며, 상기 냉각라인과 연결되어 냉각수가 순환되고, 차량의 난방, 냉방, 및 제습모드에 따라 상기 전장품으로부터 발생되는 폐열원을 선택적으로 이용하여 냉각수의 수온을 변화시키며, 상기 에어컨 수단의 냉매라인과 연결되어 유입된 냉매를 냉각수와 열교환시키는 수냉 컨덴서를 더 포함하는 차량용 히트펌프 시스템이 제공될 수 있다.

상기 쿨링수단은 상기 수냉 컨덴서에 냉각수를 공급 및 순환시키는 제1 워터펌프와 제1 냉각라인을 통해 연결되는 제1 라디에이터; 상기 전장품과 수냉 컨덴서에 냉각수를 공급 및 순환시키는 제2 워터펌프와 제2 냉각라인을 통해 연결되는 제2 라디에이터; 및 상기 전장품과 수냉 컨덴서의 사이에서 상기 각 냉각라인 상에 설치되는 적어도 하나 이상의 밸브를 포함할 수 있다.

상기 밸브는 상기 제1, 제2 라디에이터에 각각 연결되는 제1, 제2 냉각라인이 분기되는 위치에 설치되어, 상기 수냉 컨덴서로부터 배출되는 냉각수를 제1, 제2 라디에이터에 선택적으로 공급하는 제1 밸브; 상기 제2 라디에이터와 제1 밸브의 사이에서 상기 제2 냉매라인 상에 설치되며, 상기 제2 라디에이터에 냉각수를 유입시키거나, 상기 제2 워터펌프로 직접 바이패스 시키는 제2 밸브; 및 상기 전장품과 수냉 컨덴서의 사이에서 제1, 제2 냉각라인 상에 설치되는 제3 밸브로 이루어질 수 있다.

상기 쿨링수단은 상기 제1 밸브와 제2 밸브의 사이에서 상기 제2 냉각라인에 연결되어 상기 전장품으로 냉각수를 바이패스 시키는 바이패스 라인을 더 포함할 수 있다.

상기 바이패스 라인에는 차량의 모드에 따라 상기 수냉 컨덴서를 통과한 냉각수를 상기 전장품으로 선택적으로 공급하는 제4 밸브가 장착될 수 있다.

상기 제1, 제2, 제3 밸브는 3-Way 밸브로 이루어질 수 있다.

상기 에어컨 수단은 차량의 난방, 냉방, 및 제습모드에 따라 증발기를 통과한 외기가 내부응축기와 PCT 히터로 유입되도록 선택적으로 조절하는 개폐도어를 내부에 구비한 HVAC 모듈; 상기 증발기와 냉매라인을 통해 연결되며, 기체 상태의 냉매를 압축시키는 압축기; 상기 압축기와 증발기 사이에서 냉매라인 상에 구비되며, 상기 압축기로 기체냉매만 공급하는 어큐뮬레이터; 상기 압축기로부터 배출되는 냉매를 차량의 모드에 따라 상기 내부응축기에 선택적으로 공급하는 제1 냉매밸브; 상기 내부응축기를 통과한 냉매를 공급받아 팽창시키는 제1 팽창밸브; 상기 제1 팽창밸브를 통해 팽창된 상태로, 상기 수냉 컨덴서를 통과하면서 열교환된 냉매를 상기 증발기로 공급하거나 어큐뮬레이터로 공급하는 제2 냉매밸브; 및 상기 증발기와 제2 냉매밸브 사이에 구비되며, 상기 제2 냉매밸브의 개폐를 통해 유입되는 냉매를 팽창시키는 제2 팽창밸브를 포함할 수 있다.

상기 압축기와 제1 냉매밸브를 연결하는 냉매라인 상에는 압력센서가 장착될 수 있다.

상기 제1, 및 제2 냉매밸브는 3-way 밸브로 이루어질 수 있다.

상기 쿨링수단과 에어컨 수단은 각각 제어기와 연결되며, 상기 제어기의 제어신호에 의해 작동될 수 있다.

그리고 전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템 제어방법은 제어기와 연결되고, 각각 제1, 제2 냉각라인을 통해 상호 연결되며, 제1, 제2 라디에이터, 제1, 제2 워터펌프, 및 다수개의 밸브와 전장품을 포함하는 쿨링수단과, 각각 냉매라인을 통해 상호 연결되며, 다수개의 냉매밸브와 팽창밸브, 압축기, 어큐뮬레이터, 증발기, 및 외부응축기와, 내부응축기, PTC 히터, 및 개폐도어로 구성된 HVAC 모듈을 포함하는 에어컨 수단으로 구성되며, 상기 각 냉각라인과 냉매라인에 연결되는 수냉 컨덴서를 더 포함하는 히트펌프 시스템에서, 사용자의 선택에 따라 난방모드, 제습모드, 및 냉방모드로 각각 작동시키기 위한 차량용 히트펌프 시스템 제어방법에 있어서, 상기 난방모드에서 상기 쿨링수단은 상기 제어기가 외부의 온도와 전장품을 통과한 냉각수의 온도, 및 차량의 상태를 판단하여 상기 각 밸브의 선택적인 작동을 통해 상기 제1, 제2 냉각라인을 통해 선택적으로 상기 수냉 컨덴서에 냉각수를 공급하여, 상기 냉매라인을 통해 상기 수냉 컨덴서로 유입된 냉매와 냉각수를 열교환시켜 냉매의 온도를 조절하고, 상기 에어컨 수단은 상기 수냉 컨덴서에서 냉각수와의 열교환을 통해 온도가 상승된 냉매를 제2 냉매밸브의 개방을 통해 냉매라인을 따라 상기 어큐뮬레이터와 압축기를 통과시켜 고온 고압 상태의 기체냉매로 압축시킨 상태로, 제1 냉매밸브의 작동을 통해 상기 HVAC 모듈의 내부응축기로 공급하며, 상기 내부응축기를 통과한 냉매는 제1 팽창밸브를 통해 팽창된 상태로, 상기 수냉 컨덴서에 공급되어 순환되며, 외부로부터 상기 HVAC 모듈의 증발기를 통과한 외기가 상기 내부응축기를 통과하도록 상기 개폐도어를 개방시키고, 유입된 외기가 상기 내부응축기를 통과하면서 PTC 히터의 선택적인 작동과 함께 차량 실내를 난방할 수 있다.

상기 난방모드는 외기의 온도 상태, 차량운행 초기상태, 및 차량의 저온주행 상태에 따라 제1, 제2, 제3, 제4, 및 제5 난방모드로 구분되어 상기 쿨링수단의 각 밸브의 개폐 제어를 통해 냉각수의 유동을 조절할 수 있다.

상기 제1 난방모드에서 상기 쿨링수단은 외기온이 영하일 경우, 제1, 제2, 및 제3 밸브가 상기 제2 냉각라인을 통해 냉각수가 순환되도록 작동되고, 상기 제2 라디에이터와 제2 냉각펌프를 통해 제2 냉각라인을 따라 상기 전장품을 통과하여 상기 전장품으로부터 발생되는 폐열원을 통해 냉각수의 온도가 상승된 상태로 상기 수냉 컨덴서로 유입될 수 있다.

상기 제2 난방모드에서 상기 쿨링수단은 외기온이 영상이고, 상기 전장품의 온도가 낮아 냉각이 필요 없는 조건일 경우, 제1 밸브와 제3 밸브가 상기 제1 냉각라인을 통해 냉각수가 순환되도록 작동되고, 상기 제1 워터펌프의 작동을 통해 제1 라디에이터를 통과하면서 외기열원과 열교환된 냉각수가 상기 수냉 컨덴서로 유입될 수 있다.

상기 제3 난방모드에서 상기 쿨링수단은 외기열원과 상기 전장품으로부터 발생되는 폐열원을 동시에 사용해야 할 경우, 제1, 제2, 제3 밸브가 상기 제1, 제2 냉각라인을 통해 각각 냉각수가 순환되도록 작동되고, 상기 제1 워터펌프의 작동을 통해 제1 라디에이터를 통과하면서 외기열원과 열교환된 냉각수와, 상기 제2 워터펌프의 작동을 통해 제2 라디에이터와 상기 전장품을 통과한 냉각수가 상기 수냉 컨덴서로 유입될 수 있다.

상기 제4 난방모드에서 상기 쿨링수단은 외부의 온도가 극저온 상태의 차량 운행 초기 상태일 경우, 제1, 제2, 및 제3 밸브가 모두 폐쇄되며, 상기 제1, 제2 워터펌프의 작동이 중지되어 상기 제1, 제2 냉각라인을 통해 냉각수를 순환시키지 않아 상기 수냉 컨덴서로 냉각수의 유입을 방지할 수 있다.

상기 제5 난방모드에서 상기 쿨링수단은 차량이 저온운행 상태일 경우, 제1, 제3 밸브가 작동되고, 상기 제2 워터펌프의 작동을 통해 상기 제2 냉각라인을 따라 냉각수가 순환되며, 제2 밸브의 작동을 통해 냉각수가 상기 제2 라디에이터로 유입되는 것을 방지한 상태로, 상기 전장품의 폐열원과의 열교환을 통해 온도가 상승된 냉각수가 상기 수냉 컨덴서로 유입될 수 있다.

상기 제습모드에서 상기 쿨링수단은 상기 제어기에 의해 쿨링팬이 작동하여 외기와 함께 상기 제2 냉각라인을 따라 제2 라디에이터로 유입된 냉각수를 냉각시키고, 상기 제2 워터펌프의 작동을 통해 전장품을 냉각시키면서 상기 수냉 컨덴서로 유입시키고, 상기 수냉 컨덴서로 유입된 냉각수와 열교환을 통해 냉매의 온도를 낮추고, 상기 에어컨 수단은 상기 수냉 컨덴서를 통과하면서 냉각된 저온의 냉매가 상기 HVAC 모듈의 증발기와 연결된 제2 팽창밸브로 유입되도록 제2 냉매밸브를 개방시키고, 팽창된 냉매를 상기 증발기로 공급하며, 상기 증발기에서 외기와의 열교환을 통해 증발된 냉매를 배출하여 상기 어큐뮬레이터와 압축기를 거치면서 압축시킨 상태로, 제1 냉매밸브의 작동을 통해 상기 내부응축기와 연결된 냉매라인을 개방시켜 상기 내부응축기로 냉매를 공급하고, 상기 내부응축기를 통과한 냉매는 제1 팽창밸브를 통해 팽창된 상태로, 상기 수냉 컨덴서로 공급하여 순환시키며, 외부로부터 상기 HVAC 모듈의 증발기를 통과하면서 냉각된 외기가 상기 내부응축기를 통과하도록 상기 개폐도어를 개방시키고, 유입된 외기가 상기 내부응축기와 PTC 히터를 통과하면서 차량 실내를 제습할 수 있다.

상기 냉방모드는 일반 주행 상태와 차량의 초기 시동 운행 상태에 따라 제1, 제2 냉방모드로 구분되어 상기 쿨링수단의 각 밸브의 개폐 제어를 통해 냉각수의 유동을 조절할 수 있다.

상기 제1 냉방모드에서 쿨링수단은 차량의 일반 주행 상태의 조건일 경우, 제1, 제3 밸브가 상기 제1 냉각라인을 통해 냉각수가 순환되도록 작동되고, 상기 제1 워터펌프의 작동을 통해 상기 제1 라디에이터를 통과하면서 외기와 열교환된 냉각수가 상기 수냉 컨덴서로 유입되며, 상기 냉매라인을 통해 상기 수냉 컨덴서로 유입된 냉매와 냉각수를 열교환시켜 냉매의 온도를 조절하고, 상기 에어컨 수단은 상기 수냉 컨덴서를 통과하면서 냉각된 저온의 냉매가 상기 HVAC 모듈의 증발기와 연결된 제2 팽창밸브로 유입되도록 제2 냉매밸브를 작동시켜 팽창된 냉매를 상기 증발기로 공급하며, 상기 증발기에서 외기와의 열교환을 통해 증발된 냉매를 배출하여 상기 어큐뮬레이터와 압축기를 거치면서 압축시킨 상태로, 제1 냉매밸브의 작동을 통해 상기 수냉 컨덴서와 연결된 냉매라인을 개방시켜 순환시키고, 상기 증발기로 유입된 냉매에 의해 상기 증발기를 통과하면서 냉각된 외기가 상기 내부응축기로 유입되지 않도록 상기 개폐도어를 폐쇄해 냉각된 외기를 차량의 내부로 직접 유입시켜 차량 실내를 냉방할 수 있다.

상기 제2 냉방모드에서 쿨링수단은 차량의 초기 시동 운행 상태의 조건일 경우, 냉각수의 유량을 증가시키도록 제1, 제2, 제3 밸브가 상기 제1, 제2 냉각라인을 통해 각각 냉각수가 순환되도록 작동되고, 상기 제1 워터펌프의 작동을 통해 제1 라디에이터를 통과하면서 외기와 열교환된 냉각수와, 상기 제2 워터펌프의 작동을 통해 제2 라디에이터와 상기 전장품을 통과한 냉각수가 상기 수냉 컨덴서로 유입되며, 상기 냉매라인을 통해 상기 수냉 컨덴서로 유입된 냉매와 냉각수를 열교환시켜 냉매의 온도를 조절할 수 있다.

상기 전장품의 냉각부하가 매우 크고, 전장품에서 이상발열이 발생될 경우에는 상기 전장품을 냉각시키는 전장품 냉각모드를 더 포함하며, 상기 전장품 냉각모드에서 쿨링수단는 제1, 제2, 및 제3 밸브의 작동을 통해 제1, 제2 냉각라인을 따라 순환되는 냉각수가 상기 전장품으로 유입되도록 작동되며, 상기 제1 워터펌프의 작동을 통해 제1 라디에이터를 통과하면서 외기와 열교환된 냉각수와, 상기 제2 워터펌프의 작동을 통해 제2 라디에이터를 통과하면서 쿨링팬에 의해 냉각된 냉각수가 상기 전장품으로 유입되고, 상기 전장품과 상기 제1, 제2 밸브의 사이에 구비된 제2 냉각라인을 연결하는 바이패스 라인과 상기 바이패스 라인 상에 구비된 제4 밸브의 작동을 통해 냉각수가 순환되면서 전장품을 냉각시킬 수 있다.

상기 난방모드, 제습모드, 냉방모드, 및 전장품 냉각모드는 상기 제어기가 상기 전장품으로부터 발생되는 폐열원의 온도상태와, 냉각수와 냉매의 온도상태에 따라, 상기 쿨링팬의 풍량과 상기 제1, 제2 워터펌프의 유량을 제어할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템 및 그 제어방법에 의하면, 냉각수를 열교환매체로 사용하는 수냉 컨덴서를 적용하고, 전장품에서 발생하는 폐열원을 이용해 냉매와 열교환시킴으로써, 전체적인 난방성능 및 효율과 제습성능을 향상시키고, 극저온 시, 유입된 외기에 의한 내부응축기의 외부 적상을 방지할 수 있다.

또한, 난방모드에서 극저온 시의 아이들 상태 및 주행조건에서는 PTC 히터와 함께 전체적인 시스템을 동시에 구동시킴으로써, 전원사용량이 증가되는 것을 방지하는 동시에, 난방부하를 감소시켜 동일한 동력으로 차량의 전체적인 주행거리를 증가시키는 장점이 있다.

그리고 차량의 냉방모드에서는 냉각수를 저온의 냉매와 열교환시켜 수온을 낮출 수 있어 냉방성능을 향상시킬 수 있고, 제습모드에서는 3-Way 밸브를 통해 빈번한 개폐작동을 줄여 밸브 개폐작동으로 인한 소음 및 진동 발생을 저감시킬 수 있다.

또한, 수냉 컨덴서에서 열교환 매체로 냉각수를 사용함으로써, 각 구성요소의 구조를 간소화할 수 있어 전체적인 시스템 패키지 축소 및 각기 다른 냉각라인을 통해 연결된 각 라디에이터의 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 제1 난방모드 작동 상태도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 제2 난방모드 작동 상태도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 제3 난방모드 작동 상태도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 제4 난방모드 작동 상태도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 제5 난방모드 작동 상태도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 제습모드 작동 상태도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 제1 냉방모드 작동 상태도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 제2 냉방모드 작동 상태도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 전장품 냉각모드 작동 상태도이다.

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

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

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

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템(100) 및 그 제어방법은 전장품(111)에서 발생하는 폐열원을 이용해 냉각수와 냉매를 상호 열교환시킴으로써, 난방성능 및 효율과 제습성능을 향상시키고, 차량의 난방모드에서 발생할 수 있는 난방부하를 감소시킴으로써, 동일한 연료량으로 차량의 전체적인 주행거리를 증가시키도록 한다.

이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템(100)은, 도 1에서 도시한 바와 같이, 기본적으로 차량에 구성되어 냉각수가 유동되는 냉각라인(Cooling Line : 이하 ‘C.L’이라 함)을 통해 전장품(111)과 하이브리드 차량의 경우 미도시된 엔진으로 냉각수를 공급 및 순환시키는 쿨링수단(110)과, 차량 실내의 냉난방을 조절하도록 냉매가 유동되는 냉매라인(Refrigerant Line : 이하 ‘R.L’이라 함)을 통해 연결된 에어컨 수단(150)을 포함하여 구성된다.

그리고 상기 히트펌프 시스템(100)은 전장품(111)과 라디에이터(115) 사이에서 배치되며, 상기 냉각라인(C.L)과 냉매라인(R.L)이 각각 연결되는 수냉 컨덴서(130)를 더 포함한다.

상기 수냉 컨덴서(130)는 내부에 냉각라인(C.L)과 연결되어 냉각수가 순환되고, 차량의 난방, 냉방, 및 제습모드에 따라 전장품(113)으로부터 발생되는 폐열원을 선택적으로 이용해 냉각수의 수온을 변화시킴으로써, 상기 냉매라인(R.L)을 통해 유입된 냉매를 냉각수와 열교환시키게 된다.

즉, 상기 수냉 컨덴서(130)는 냉각수를 열교환 매체로 사용하여 냉매와 열교환시키는 수냉식 열교환기로 이루어질 수 있다.

이러한 수냉 컨덴서(130)는 내부에 온도센서(미도시)가 장착되며, 상기 온도센서는 유입된 냉각수의 수온과 냉매의 온도를 감지할 수 있다.

본 실시예에서, 상기 쿨링수단(110)은 차량의 전면에 구성되어 적어도 하나 이상의 워터펌프(113)를 통해 냉각라인(C.L)을 따라 냉각수를 순환시키고, 공급되는 냉각수를 외기와의 열교환을 통해 냉각시키는 적어도 하나 이상의 라디에이터(115)와, 상기 라디에이터(115)에 바람을 송풍하도록 상기 라디에이터(115)의 후방에 장착되는 쿨링팬(117)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 쿨링수단(110)은 제1, 제2 라디에이터(115a, 115b)와 다수개의 밸브를 포함하여 구성되며, 이를 하기에서 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 제1 라디에이터(115a)는 상기 수냉 컨덴서(130)에 냉각수를 공급 및 순환시키는 제1 워터펌프(113a)와 제1 냉각라인(C.L1)을 통하여 연결된다.

본 실시예에서, 상기 제2 라디에이터(115b)는 전장품(111)과 수냉 컨덴서(130)에 냉각수를 공급 및 순환시키는 제2 워터펌프(113b)와 제2 냉각라인(C.L2)을 통해 연결된다.

그리고 상기 각 밸브는 적어도 하나 이상으로 구성되며, 상기 전장품(111)과 수냉 컨덴서(130)의 사이에서 상기 각 냉각라인(C.L1, C.L2) 상에 설치된다.

여기서, 상기 밸브는 제1, 제2, 및 제3 밸브(119, 121, 123)로 구성되며, 이를 하기에서 더욱 상세히 설명한다.

먼저, 상기 제1 밸브(119)는 제1, 제2 라디에이터(115a, 115b)에 각각 연결되는 제1, 제2 냉각라인(C.L1, C.L2)이 분기되는 위치에 설치되어 수냉 컨덴서(130)로부터 배출되는 냉각수를 제1 라디에이터(115a)나 제2 라디에이터(115b)에 선택적으로 공급하도록 제1 냉매라인(C.L1) 또는 제2 냉매라인(C.L2)을 선택적으로 개방시키게 된다.

본 실시예에서, 상기 제2 밸브(121)는 제2 라디에이터(115b)와 제1 밸브(119)의 사이에서 상기 제2 냉매라인(C.L2) 상에 설치되며, 상기 제2 라디에이터(115b)에 냉각수를 유입시키거나, 상기 제2 워터펌프(113b)로 직접 바이패스 시키게 된다.

그리고 상기 제3 밸브(123)는 전장품(111)과 수냉 컨덴서(130)의 사이에서 제1, 제2 냉각라인(C.L1, C.L2) 상에 설치된다.

여기서, 상기 제1, 제2, 및 제3 밸브(119, 121, 123)는 제1, 제2 라디에이터(115a, 115b)와 수냉 컨덴서(130)의 사이에서 제1, 제2 냉각라인(C.L1, C.L2)을 선택적으로 연결하여 냉각수를 순환시키는 3-Way 밸브로 이루어질 수 있다.

이와 같이 구성되는 쿨링수단(110)은 상기 제1 밸브(119)와 제2 밸브(121)의 사이에서 제2 냉각라인(C.L2)에 연결되어 제2 라디에이터(115b)의 통과 없이 전장품(111)으로 냉각수를 바이패스 시키는 바이패스 라인(125)을 더 포함하여 구성된다.

상기 바이패스 라인(125)에는 차량의 난방, 제습, 냉방, 및 전장품 냉각모드에 따라 수냉 컨덴서(130)를 통과한 냉각수를 전장품(111)으로 선택적으로 공급하는 제4 밸브(127)가 장착된다.

여기서, 상기 제4 밸브(127)는 바이패스 라인(125)를 선택적으로 개폐시키는 2-Way 밸브로 이루어 질 수 있다.

즉, 상기 바이패스 라인(125)은 전장품(111)의 폐열원이 요구될 경우에 제2 냉각라인(C.L2)을 따라 제2 라디에이터(115b)로 냉각수가 유입되는 것을 방지함으로써, 냉각수의 냉각을 최소화시킨 상태로 순환시켜 상기 수냉 컨덴서(130)에 공급하게 된다.

이에 따라, 상기 수냉 컨덴서(130)는 상기 바이패스 라인(125)을 통하여 온도가 상승된 상태로 유입되는 냉각수와 냉매를 열교환시켜 냉매의 온도를 더욱 상승시킬 수 있으며, 전체적인 히트펌프 시스템(100)에서 난방모드의 효율을 향상시키게 된다.

그리고 상기 에어컨 수단(150)은 HVAC 모듈(Heating, Ventilation, and Air Conditioning : 151), 압축기(161), 어큐뮬레이터(163), 제1, 제2 냉매밸브(165, 169), 및 제1, 제2 팽창밸브(167, 171)로 구성되며, 이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 HVAC 모듈(151)은 통과되는 공기를 냉각시키는 증발기(157)와, 상기 증발기(157)를 통과한 공기를 가열시키는 내부응축기(153)를 포함하며 차량의 난방, 제습, 및 냉방모드에 따라 상기 증발기(157)를 통과한 외기가 내부응축기(153)와 PTC 히터(155)로 유입되도록 선택적으로 조절하는 개폐도어(159)가 내부에 구비된다.

즉, 상기 개폐도어(159)는 차량의 난방 시, 상기 증발기(157)를 통과한 외기가 내부응축기(153)와 PCT 히터(155)로 유입되도록 개방되고, 냉방 시에는 상기 증발기(157)를 통과하면서 냉각된 외기가 차량 내부로 바로 유입되도록 내부응축기(153)와 PCT 히터(155) 측을 폐쇄하게 된다.

본 실시예에서, 상기 압축기(161)는 상기 증발기(157)와 냉매라인(R.L)을 통해 연결되며, 기체 상태의 냉매를 압축시키게 된다.

그리고 상기 어큐뮬레이터(163)는 상기 압축기(161)와 증발기(157) 사이에서 냉매라인(R.L) 상에 구비되며, 상기 압축기(161)로 기체냉매만 공급하도록 내부에 액체냉매를 저장 후, 저장된 액체냉매를 기화시켜 다시 압축기(161)로 기체냉매를 공급하여 압축기(161)의 효율 및 내구성을 향상시키게 된다.

본 실시예에서, 상기 제1 냉매밸브(165)는 상기 압축기(161)로부터 배출되는 냉매를 차량의 모드에 따라 상기 내부응축기(153)에 선택적으로 공급하게 된다.

상기 제1 팽창밸브(171)는 상기 내부응축기(153)를 통과한 냉매를 냉매라인(R.L)을 통해 공급받아 팽창시키게 된다.

여기서, 상기 압축기(161)와 제1 냉매밸브(165)의 사이에서 상기 냉매라인(R.L) 상에는 압력센서(175)가 장착되어 상기 압축기(161)로부터 압축된 상태로 배출되는 냉매의 압력을 감지하게 된다.

상기 제2 냉매밸브(169)는 상기 제1 팽창밸브(167)를 통해 팽창된 상태로, 상기 수냉 컨덴서(130)를 통과하면서 열교환된 냉매를 상기 증발기(157)로 공급하거나 어큐뮬레이터(163)로 공급하게 된다.

그리고 상기 제2 팽창밸브(171)는 상기 증발기(157)와 제2 냉매밸브(169) 사이에 구비되며, 상기 제2 냉매밸브(169)의 개폐를 통해 유입되는 냉매를 팽창시켜 상기 증발기(157)로 공급하게 된다.

여기서, 상기 제1 냉매밸브(165)는 냉매를 내부응축기(153)나 수냉 컨덴서(130)로 선택적으로 공급하고, 제2 냉매밸브(167)는 냉매를 어큐뮬레이터(163)나 제2 팽창밸브(171)로 공급하도록 상기 냉매라인(R.L)을 선택적으로 개폐하여 연결시키는 3-way 밸브로 이루어질 수 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 상기 쿨링수단(110)과 에어컨 수단(150)은 각각 제어기(180)와 연결되며, 상기 제어기(180)의 제어신호에 의해 작동된다.

즉, 상기 제어기(180)는 사용자의 선택에 의한 차량의 난방모드, 제습모드, 및 냉방모드와, 상기 수냉 컨덴서(130)의 온도센서로부터 출력된 신호에 따라 상기 쿨링수단(110)의 쿨링팬(117)과 제1, 제2 워터펌프(113)를 제어하게 된다.

또한, 상기 제어기(180)는 차량의 모드에 따라 상기 에어컨 수단(150)에서 HVAC 모듈(151)의 개폐도어(159)의 개폐작동을 제어하는 동시에, 제1, 및 제2 냉매밸브(165, 169)의 개폐작동을 제어하고, 상기 제1, 제2 팽창밸브(167, 171)를 제어하여 냉매의 팽창량을 제어하게 된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히터펌프 시스템의 작동 및 제어방법을 도 2 내지 도 10을 통하여 구체적으로 설명한다.

도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 각 난방모드 작동 상태도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 제습모드 작동 상태도이며, 도 8 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 각 냉방모드 작동 상태도이고, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 전장품 냉각모드 작동 상태도이다.

여기서, 히트펌스 시스템(100)의 난방모드, 제습모드, 및 냉방모드와 전장품 냉각모드는 사용자의 선택 또는 자동 조절에 따라 작동될 수 있다.

먼저, 히트펌프 시스템(100)의 난방모드 시, 작동 및 제어방법을 도 2 내지 도 6을 참조하여 설명한다.

도면을 참조하면, 난방모드에서 상기 쿨링수단(110)은 상기 제어기(180)가 외부의 온도와 전장품을 통과한 냉각수의 온도, 및 차량의 상태를 판단하여 상기 각 밸브(119, 121, 123)의 선택적인 작동을 통해 상기 제1, 제2 냉각라인(C.L1, C.L2)을 통해 선택적으로 수냉 컨덴서(130)에 냉각수를 공급하게 된다.

여기서, 난방모드는 외기의 온도 상태, 차량운행 초기상태, 및 차량의 저온주행 상태에 따라 제1, 제2, 제3, 제4, 및 제5 난방모드로 구분되어 상기 쿨링수단(110)의 각 밸브(119, 121, 123)의 개폐 제어를 통해 냉각수의 유동을 조절하게 된다.

본 실시예에서, 상기 제1 난방모드는, 도 2에서 도시한 바와 같이, 외기온이 영하일 경우 작동된다.

이러한 제1 난방모드에서 상기 쿨링수단(110)은 제1, 제2, 및 제3 밸브(119, 121, 123)가 상기 제2 냉각라인(C.L2)을 통해 냉각수가 순환되도록 작동된다.

이에 따라, 냉각수는 상기 제2 워터펌프(113b)의 작동을 통해 제2 냉각라인(C.L2)을 따라 제2 라디에이터(115b)와 전장품(111)을 통과하며, 전장품(111)으로부터 발생되는 폐열원을 통해 온도가 상승된 상태로 상기 수냉 컨덴서(130)로 유입된다.

이 때, 상기 쿨링팬(117)은 작동이 중지되거나 풍속이 저하됨으로써, 상기 제2 라디에이터(115b)로 유입된 냉각수의 냉각을 지연시키거나 방지하게 된다.

이러한 상태에서, 상기 수냉 컨덴서(130)는 상기 냉매라인(R.L)을 통해 유입된 냉매와의 열교환을 통해 냉매의 온도를 상승시키게 된다.

여기서, 상기 제어기(180)는 수냉 컨덴서(130)에 장착된 온도센서를 통해 냉각수와 냉매의 온도를 판단하고, 전장품(111)으로부터 발생되는 폐열원의 온도상태, 냉각수의 온도상태, 및 냉매의 압력상태에 따라, 제2 워터펌프(113b)의 유량을 제어하거나 쿨링팬(117)의 풍량을 제어하게 된다.

즉, 상기와 같이 작동되는 쿨링수단(110)은 외기온이 영하 상태인 저온 난방모드 시, 발생할 수 있는 내부응축기(153)의 외부 적상을 방지할 수 있게 된다.

그리고 제1 난방모드에서는 제1 라디에이터(115a)를 사용하지 않고 제2 라디에이터(115b)를 통해 냉각수를 수냉 컨덴서(130)로 공급함으로써, 영하의 온도에서 차량의 주행으로 인한 냉각수의 온도 저하를 방지하여 안정적인 난방성능 확보가 가능해 진다.

그리고 상기 에어컨 수단(150)은 수냉 컨덴서(130)의 내부에서 냉각수와의 열교환을 통해 온도가 상승된 냉매를 제2 냉매밸브(169)의 개방을 통해 냉매라인(R.L)을 따라 상기 어큐뮬레이터(163)와 압축기(161)를 통과시킨다.

이에 따라, 냉매는 상기 압축기(161)를 통과하면서 고온 고압 상태의 기체냉매로 압축된 상태로, 상기 내부응축기(153)와 연결된 냉매라인(R.L)이 제1 냉매밸브(165)에 의해 개방되어 내부응축기(153)로 유입된다.

여기서, 상기 압축기(161)와 제1 냉매밸브(165)의 사이에서 상기 냉매라인(R.L) 상에 장착된 압력센서(175)는 상기 압축기(161)로부터 배출되는 냉매의 압력을 측정하여 상기 제어기(180)로 그 측정값을 출력하게 된다.

상기 제어기(180)는 상기 압력센서(175)로부터 출력된 측정값에 따라 냉매의 압력을 판단하고, 요구된 차량 상태에 따라 상기 제1 냉매밸브(165)의 개도량을 조절하게 된다.

상기 내부응축기(153)를 통과한 냉매는 상기 제1 팽창밸브(167)를 통해 팽창된 상태로 상기 냉매라인(R.L)을 따라 이동되고, 상기 제2 냉매밸브(169)의 작동에 의해 상기 수냉 컨덴서(130)로 유입되고, 전술한 바와 같은 작동의 반복을 통해 상기 냉매라인(R.L)을 따라 순환하게 된다.

여기서, 상기 제어기(180)는 고온 고압 상태의 기체냉매가 상기 내부응축기(153)로 공급되면, 외부로부터 상기 HVAC 모듈(151)의 증발기(157)를 통과한 외기가 상기 내부응축기(153)를 통과하도록 상기 개폐도어(159)를 개방시키게 된다.

이에 따라, 외부로부터 유입된 외기는 냉매가 공급되지 않은 증발기(157)를 통과 시, 냉각되지 않은 실온 상태로 유입되고, 상기 내부응축기(153)를 통과하면서 고온상태로 변환되어 상기 PTC 히터(155)의 선택적인 작동과 함께 차량 실내로 공급됨으로써, 난방이 이루어지게 된다.

본 실시예에서, 상기 제2 난방모드는, 도 3에서 도시한 바와 같이, 외기온이 영상이고, 상기 전장품(130)의 온도가 낮아 냉각이 필요 없는 조건일 경우 작동된다.

이러한 제2 난방모드에서 상기 쿨링수단(110)은 제1 밸브(119)와 제3 밸브(123)가 상기 제1 냉각라인(C.L1)을 통해 냉각수가 순환되도록 작동된다.

이에 따라, 냉각수는 상기 제1 워터펌프(113a)의 작동을 통해 상기 제1 라디에이터(115a)를 통과하면서 외기열원과의 열교환된 냉각수가 수냉 컨덴서(130)로 유입된다.

이 때, 상기 쿨링팬(117)은 작동이 중지되거나 풍속이 저하됨으로써, 상기 제1 라디에이터(115a)로 유입된 냉각수의 냉각을 지연시키거나 방지하게 된다.

여기서, 상기 제어기(180)는 수냉 컨덴서(130)에 장착된 온도센서를 통해 냉각수와 냉매의 온도를 판단하고, 전장품(111)으로부터 발생되는 폐열원의 온도상태, 냉각수의 온도상태, 및 냉매의 압력상태에 따라, 제1 워터펌프(113a)의 유량을 제어하거나 쿨링팬(117)의 풍량을 제어하게 된다.

즉, 상기와 같이 작동되는 쿨링수단(110)은 외기온이 저온 영상이고, 전장품(111)의 쿨링회로 동작이 불필요한 조건에서 영상의 외기로부터 난방에 필요한 열원을 공급받는 대신에 전체 시스템 저항이 큰 전장품(111)의 쿨링회로를 가동하지 않게 되므로, 제2 워터펌프(113b)의 소모동력을 최소화하여 시스템 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 저온 난방모드인 제2 난방모드에서 내부응축기(153)의 외부 적상을 방지할 수 있게 된다.

그리고 제2 난방모드에서 상기 에어컨 수단(150)은 전술한 제1 난방모드에서의 에어컨 수단(150)과 동일하게 작동하므로, 이하 더욱 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 실시예에서, 상기 제3 난방모드는, 도 4에서 도시한 바와 같이, 외기열원과 상기 전장품(111)으로부터 발생되는 폐열원을 동시에 사용해야 할 경우 작동된다.

이러한 제3 난방모드에서 상기 쿨링수단(110)은 제1, 제2, 제3 밸브(119, 121, 123)가 상기 제1 냉각라인(C.L1)과 제2 냉각라인(C.L2)을 통해 각각 순환되도록 작동된다.

이에 따라, 냉각수는 상기 제1 워터펌프(113a)의 작동을 통해 제1 라디에이터(115a)를 통과하면서 외기열원과 열교환되고, 제2 워터펌프(113b)의 작동을 통해 제2 라디에이터(115b)와 전장품(111)을 통과하면서 전장품(111)의 폐열원과 열교환된 상태로 제1, 제2 냉각라인(C.L1, C.L2)을 통해 상기 수냉 컨덴서(130)로 동시에 유입된다.

이 때, 상기 쿨링팬(117)은 작동이 중지되거나 풍속이 저하됨으로써, 상기 제1, 제2 라디에이터(115a, 115b)로 유입된 냉각수의 냉각을 지연시키거나 방지하게 된다.

즉, 상기와 같이 작동되는 쿨링수단(110)은 외기열원과 전장품(111)의 폐열원이 동시에 필요한 조건에서 제1 라디에이터(115a)와 제2 라디에이터(115b)를 이용해 냉각수를 순환시키게 된다.

이에 따라, 상기 수냉 컨덴서(130)는 외기열원과 폐열원을 통해 온도가 상승된 냉각수를 공급받아 냉매와 열교환시키게 됨으로써, 히트펌프 시스템(100)의 전체적인 난방성능 및 효율이 증대된다.

또한, 외기열원과 폐열원을 통해 온도가 상승된 냉각수가 냉매와 열교환됨으로써, 냉매의 온도가 상승된 상태로, 어큐뮬레이터(163)와 압축기(161)를 통과하여 내부응축기(153)로 공급됨으로써, 내부응축기(153)의 외부 적상을 방지할 수 있게 된다.

그리고 제3 난방모드에서 상기 에어컨 수단(150)은 전술한 제1 난방모드에서의 에어컨 수단(150)과 동일하게 작동하므로, 이하 더욱 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 실시예에서, 상기 제4 난방모드는, 도 5에서 도시한 바와 같이, 외부의 온도가 극저온 상태의 차량 운행 초기 상태일 경우 작동된다.

이러한 제4 난방모드에서 상기 쿨링수단(110)은 제1, 제2, 및 제3 밸브(119, 121, 123)가 모두 폐쇄되어 상기 제1, 제2 냉각라인(C.L1, C.L2)을 통해 냉각수가 순환되는 것을 방지하게 된다.

이에 따라, 상기 제1 워터펌프(113a)와 제2 워터펌프(113b)는 작동이 중지되며, 상기 제1, 제2 냉각라인을 통해 냉각수를 순환시키지 않아 상기 수냉 컨덴서(130)로 냉각수가 유입되는 것을 방지하게 된다.

이 때, 상기 쿨링팬(117)은 상기 제어기(180)에 의해 작동이 중지된 상태를 유지하여 전원 사용량이 감소된다.

이러한 상태에서, 상기 수냉 컨덴서(130)는 상기 냉매라인(R.L)을 통해 냉매만 통과시킴으로써, 냉각수와의 열교환은 이루어지지 않게 됨으로써, 극저온 상태에서 수온이 낮은 냉각수와의 열교환을 방지할 수 있어 열교환을 통해 냉매의 온도가 저하되는 것을 방지하게 된다.

즉, 제4 난방모드는 상기와 같이 냉각수의 순환이 방지되어 작동이 중지된 쿨링수단(110)에 의해 냉각수의 열원공급이 없고, 냉매의 압력 및 유량이 낮게 제어하여 난방성능을 확보하게 된다.

또한, 제4 난방모드는 극저온 상태에서 온도가 낮은 냉각수와 냉매의 열교환을 방지하여 냉매의 온도 저하를 방지함으로써, 내부응축기(153)의 외부 적상을 방지할 수 있게 된다.

그리고 제4 난방모드에서 상기 에어컨 수단(150)은 전술한 제1 난방모드에서의 에어컨 수단(150)과 동일하게 작동하므로, 이하 더욱 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 실시예에서, 상기 제5 난방모드는, 도 6에서 도시한 바와 같이, 차량의 저온운행 상태일 경우 작동된다.

이러한 제5 난방모드에서 상기 쿨링수단(110)은 제1, 및 제3 밸브(119, 123)가 제2 냉각라인(C.L2)을 통해 냉각수가 순환되도록 작동된다.

이에 따라, 냉각수는 상기 제2 워터펌프(113b)의 작동을 통해 상기 제2 냉각라인(C.L2)을 따라 순환된다.

여기서, 냉각수는 제2 밸브(121)의 작동을 통해 제2 라디에이터(115b)로 유입되는 것이 방지된 상태로, 전장품(111)으로 바이패스됨에 따라, 상기 전장품(111)의 폐열원과의 열교환을 통해 온도가 상승된 냉각수가 수냉 컨덴서(130)로 유입된다.

여기서, 상기 제어기(180)는 수냉 컨덴서(130)에 장착된 온도센서를 통해 냉각수와 냉매의 온도를 판단하고, 전장품(111)으로부터 발생되는 폐열원의 온도상태, 냉각수의 온도상태, 및 냉매의 압력상태에 따라, 제2 워터펌프(113a)의 유량을 제어하게 된다.

즉, 상기와 같이 작동되는 쿨링수단(110)은 저온 주행에서 전장품(111)의 폐열을 활용하여 냉각수의 온도를 높인 상태로 수냉 컨덴서(130)로 유입시키게 된다.

이에 따라, 상기 수냉 컨덴서(130)는 전장품(111)의 폐열원을 통해 온도가 상승된 냉각수를 공급받아 냉매와 열교환시키게 됨으로써, 히트펌프 시스템(100)의 전체적인 난방성능 및 효율이 향상된다.

그리고 제5 난방모드에서 상기 에어컨 수단(150)은 전술한 제1 난방모드에서의 에어컨 수단(150)과 동일하게 작동하므로, 이하 더욱 상세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 본 실시예에서, 상기 히트펌프 시스템(100)의 제습모드 시, 작동 및 제어방법을 도 7을 참조하여 설명한다.

먼저, 상기 제습모드에서 상기 쿨링수단(110)은, 도 7에서 도시한 바와 같이, 상기 제어기(180)에 의해 쿨링팬(117)이 작동하여 제2 냉각라인(C.L2)을 따라 제2 라디에이터(115b)로 유입된 냉각수를 냉각시키게 된다.

이러한 상태에서, 냉각된 냉각수는 상기 제2 워터펌프(113b)의 작동을 통해 상기 제2 냉각라인(C.L2)을 따라 순환되어 전장품(111)을 냉각시키면서 수냉 컨덴서(130)로 유입되고, 수냉 컨덴서(130)로 유입된 저온의 냉각수와의 열교환을 통해 냉매의 온도를 낮추게 된다.

이 때, 상기 제1 밸브(119)는 냉각수가 제1 냉각라인(C.L1)으로 유입되지 않도록 제1 냉각라인(C.L1)을 폐쇄시키게 된다.

그리고 상기 에어컨 수단(150)은 상기 수냉 컨덴서(130)를 통과하면서 저온상태의 냉각수와의 열교환을 통해 냉각된 저온의 냉매를 상기 HVAC 모듈(151)의 증발기(157)와 연결된 제2 팽창밸브(173)로 유입되도록 제2 냉매밸브(169)의 작동을 통해 냉매라인(R.L)을 개방하게 된다.

그러면, 상기 제2 팽창밸브(173)로 유입된 저온의 냉매는 팽창된 상태로, 상기 냉매라인(R.L)을 따라 상기 증발기(157)로 공급된다.

그런 후, 냉매는 상기 증발기(157)에서 외기와의 열교환을 통해 증발되고, 상기 냉매라인(R.L)을 따라, 상기 어큐뮬레이터(163)와 압축기(161)를 통과하면서 고온 고압 상태의 기체냉매로 압축된다.

압축된 기체냉매는 상기 내부응축기(153)와 연결된 냉매라인(R.L)이 제1 냉매밸브(165)에 의해 개방되어 상기 내부응축기(153)로 공급된다.

그리고 상기 내부응축기(153)를 통과한 냉매는 상기 제1 팽창밸브(167)를 통해 팽창된 상태로, 수냉 컨덴서(130)와 연결된 냉매라인(R.L)을 따라 수냉 컨덴서(130)로 유입되고, 전술한 바와 같은 작동을 반복 수행하면서 상기 냉매라인(R.L)을 따라 순환하게 된다.

이 경우, 상기 제어기(180)는 상기 제1, 제2 팽창밸브(167, 171)의 개도량 조절을 통해 냉매의 팽창량을 조절하게 된다.

여기서, 상기 HVAC 모듈(151)로 유입되는 외기는 상기 증발기(157)로 유입된 저온 상태의 냉매에 의해 상기 증발기(157)를 통과하면서 냉각된다.

이 때, 상기 개폐도어(159)는 냉각된 외기가 상기 내부응축기(153)를 통과하도록 상기 내부응축기(153)와 연결된 부분을 개방시키게 되며, 유입된 외기는 상기 증발기(157)를 통과하면서 제습된 후, 상기 내부응축기(153)와 PTC 히터(155)를 통해 가열되어 차량 내부로 유입됨으로써, 차량의 실내를 제습하게 된다.

그리고 본 실시예에서, 상기 히트펌프 시스템(100)의 냉방모드 시, 작동 및 제어방법을 도 8 내지 도 9를 참조하여 설명한다.

도면을 참조하면, 냉방모드는 일반 주행 상태와 차량의 초기 시동 운행 상태에 따라 제1, 제2 냉방모드로 구분되어 상기 쿨링수단(110)의 각 밸브(119, 121, 123) 제어를 통해 냉각수의 유동을 조절하게 되며, 하기에서 각 냉방모드 별로 더욱 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 상기 제1 냉방모드는 도 8에서 도시한 바와 같이, 차량의 일반 주행 상태의 조건일 경우 작동된다.

이러한 제1 냉방모드에서 상기 쿨링수단(110)은 제1, 및 제3 밸브(119, 123)가 상기 제1 냉각라인(C.L1)을 통해 냉각수가 순환되도록 작동된다.

이에 따라, 냉각수는 상기 제1 워터펌프(113a)의 작동을 통해 제1 라디에이터(115a)를 통과하면서 외기와 열교환을 통해 냉각된 상태로 수냉 컨덴서(130)로 유입된다.

여기서, 상기 제2 워터펌프(113b)는 제2 냉각라인(C.L2)을 따라 냉각수가 순환되도록 작동되고, 상기 제1 밸브(119)와 제2 밸브(121) 사이에서 제2 냉각라인(C.L2)과 전장품(111)을 연결하는 바이패스 라인(125)이 제4 밸브(127)의 작동을 통해 개방된다.

즉, 제1 냉방모드는 전장품(111)을 냉각한 냉각수가 수냉 컨덴서(130)로 유입되는 것을 방지하여 냉방성능이 저하되는 것을 방지하게 되며, 이 때, 상기 쿨링팬(117)은 최대 속도로 작동되어 최대로 바람을 송풍함으로써, 제2 라디에이터(115b)를 통과하는 냉각수를 최대한 냉각하게 된다.

여기서, 상기 제어기(180)는 수냉 컨덴서(130)에 장착된 온도센서를 통해 냉각수의 온도를 판단하고, 전장품(111)으로부터 발생되는 폐열원의 온도상태, 냉각수의 온도상태에 따라, 제1, 제2 워터펌프(113a. 113b)의 유량을 제어하거나 쿨링팬(117)의 풍량을 제어하게 된다.

즉, 제1 냉방모드는 별도로 설치된 쿨링수단(110)의 제1 라디에이터(115a)와 제2 라디에이터(115b)에 의해 전장품(111)의 냉각 시, 냉각부하 증가에 의한 냉방성능 악화를 방지하여 한여름철이나 혹서지역에서 냉방성능을 향상시킬 수 있다.

그리고 상기 에어컨 수단(150)은 수냉 컨덴서(130)를 통과하면서 냉각된 저온의 냉매가 상기 HVAC 모듈(151)의 증발기(157)와 연결된 제2 팽창밸브(171)로 유입되도록 제2 냉매밸브(169)를 작동시켜 냉매라인(R.L)을 개방하게 된다.

상기 제2 팽창밸브(171)로 유입된 저온의 냉매는 팽창된 상태로, 냉매라인(R.L)을 따라 증발기(157)로 공급된다.

그런 후, 냉매는 증발기(157)에서 외기와의 열교환을 통해 증발되고, 냉매라인(R.L)을 따라, 어큐뮬레이터(163)와 압축기(161)를 거치면서 압축된다.

전술한 바와 같은 작동을 통해 압축된 냉매는 제1 냉매밸브(165)의 작동을 통하여 다시 수냉 컨덴서(130)와 연결된 냉매라인(R.L)을 따라, 수냉 컨덴서(130)로 유입되고, 전술한 바와 같은 작동을 반복 수행하면서 상기 냉매라인(R.L)을 따라 순환하게 된다.

이 때, 상기 개폐도어(159)는 냉각된 외기가 상기 내부응축기(153)와 PTC 히터(155)를 통과하지 않도록 상기 내부응축기(153)로 통과하는 부분을 폐쇄해 냉각된 외기를 차량의 내부로 직접 유입시킴으로써 냉방이 이루어지게 된다.

그리고 본 실시예에서, 상기 제2 냉방모드는, 도 9에서 도시한 바와 같이, 차량의 초기 시동 운행 조건일 경우 작동된다.

이러한 제2 냉방모드에서 상기 쿨링수단(110)은 냉각수의 유량을 증가시키도록 제1, 제2, 및 제3 밸브(119, 121, 123)가 상기 제1, 제2 냉각라인(C.L1, C.L2)을 통해 냉각수가 순환되도록 작동된다.

이에 따라, 냉각수는 상기 제1 워터펌프(113a)의 작동을 통해 제1 라디에이터(115a)를 통과하면서 외기와 열교환을 통해 냉각되고, 제2 워터펌프(113b)의 작동을 통해 제2 라디에이터(115b)와 전장품(111)을 통과한 상태로 제1, 제2 냉각라인(C.L1, C.L2)을 통해 상기 수냉 컨덴서(130)로 동시에 유입된다.

여기서, 상기 쿨링팬(117)은 최대 속도로 작동되어 최대로 바람을 송풍함으로써, 제2 라디에이터(115b)를 통과하는 냉각수를 최대한 냉각시키게 된다.

그리고 상기 제어기(180)는 수냉 컨덴서(130)에 장착된 온도센서를 통해 냉각수의 온도를 판단하고, 전장품(111)으로부터 발생되는 폐열원의 온도상태, 냉각수의 온도상태에 따라, 제1, 제2 워터펌프(113a. 113b)의 유량을 제어하거나 쿨링팬(117)의 풍량을 제어하게 된다.

즉, 제2 냉방모드는 차량의 최초 시동 운행 조건에서 제1, 제2 라디에이터(115a, 115b)를 각각 통과한 냉각수를 수냉 컨덴서(130)로 공급함으로써, 냉각수의 유량 증대를 통해 냉매의 온도를 저하시켜 차량의 실내를 급속도로 냉방시킬 수 있게 된다.

이에 따라, 차량의 전체적인 상품성이 향상되고, 상기 제어기(180)를 통해 제1, 제2 라디에이터(115a, 115b)를 통과하는 냉각수의 온도를 냉매의 온도와 비교하여 제2 냉방모드의 진입 및 해제를 제어하게 된다.

그리고 제2 냉방모드에서 상기 에어컨 수단(150)은 전술한 제1 냉방모드에서의 에어컨 수단(150)의 작동과 동일하게 작동하므로, 이하 더욱 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 실시예에서, 히트펌프 시스템 제어방법은, 도 10에서 도시한 바와 같이, 상기 전장품(111)의 냉각부하가 매우 크고, 전장품(111)에서 이상발열이 발생될 경우에는 상기 전장품(111)을 냉각시키는 전장품 냉각모드를 더 포함한다.

상기 전장품 냉각모드에서 쿨링수단(110)은 먼저, 상기 제1, 제2, 및 제3 밸브(119, 121, 123)의 작동을 통해 제1, 제2 냉각라인(C.L1, C.L2)을 따라 순환되는 냉각수가 전장품(111)으로 유입되도록 작동된다.

이에 따라, 냉각수는 상기 제1 워터펌프(113a)의 작동을 통해 제1 라디에이터(115a)를 통과하면서 외기와 열교환되어 냉각된 냉각수와, 제2 워터펌프(113b)의 작동을 통해 제2 라디에이터(115b)를 통과하면서, 쿨링팬(117)에 의해 냉각된 냉각수가 전장품(111)으로 각각 공급된다.

여기서, 냉각수는 상기 제1, 및 제3 밸브(119, 123)의 작동을 통해 수냉 컨덴서(130)의 유입이 방지된다.

이러한 상태로, 전장품(111)의 냉각을 완료한 냉각수는 전장품(111)과 상기 제1, 제2 밸브(119, 121)의 사이에 구비된 제2 냉각라인(C.L2)을 연결하는 바이패스 라인(125)과 상기 바이패스 라인(125) 상에 구비된 제4 밸브(127)의 작동을 통해 제1 밸브(119)와 제2 밸브(121) 사이의 제2 냉각라인(C.L2)으로 유입된다.

그러면, 냉각수는 상기 제1 밸브(119)의 작동을 통해 일부가 제1 라디에이터(115a)로 유입되도록 제1 냉각라인(C.L1)을 따라 순환되고, 나머지는 제2 밸브(121)의 작동을 통해 제2 라디에이터(115b)로 공급되어 다시 냉각된다.

즉, 전장품 냉각모드는 제2 라디에이터(115b)를 통한 전장품(111)의 냉각과 함께 제1 라디에이터(115a)를 통과하는 냉각수를 수냉 컨덴서(130)의 통과 없이 전장품(111)으로 공급하여 전장품(111)의 온도를 급속히 저하시키게 되는 것이다.

여기서, 상기 에어컨 수단(150)은 작동이 중지된 상태를 유지하게 된다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템 제어방법을 설명함에 있어, 상기한 난방모드에서 외기와 함께 상기 PTC 히터(155)가 작동되는 것을 일 실시예로 하여 설명하고 있으나, 이에 한정된 것은 아니며, 사용자의 선택에 따른 난방온도 설정에 따라 PTC 히터(155)의 작동유무를 선택하여 구현할 수 있다.

따라서, 상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템(100) 및 그 제어방법에 의하면, 냉각수를 열교환매체로 사용하는 수냉 컨덴서(130)를 적용하고, 전장품(111)에서 발생하는 폐열원을 이용해 냉매와 열교환시킴으로써, 전체적인 난방성능 및 효율과 제습성능을 향상시키고, 극저온 시, 유입된 외기에 의한 내부응축기(153)의 외부 적상을 방지할 수 있다.

또한, 난방모드에서 극저온 시의 아이들 상태 및 주행조건에서는 PTC 히터(155)와 함께 전체적인 시스템을 동시에 구동시킴으로써, 전원사용량이 증가되는 것을 방지하는 동시에, 난방부하를 감소시켜 동일한 동력으로 차량의 전체적인 주행거리를 증가시키는 장점이 있다.

또한, 수냉 컨덴서(130)에서 열교환 매체로 냉각수를 사용함으로써, 각 구성요소의 구조를 간소화할 수 있어 전체적인 시스템 패키지 축소 및 각기 다른 냉각라인(C.L1, C.L2)을 통해 연결된 각 라디에이터(115a, 115b)의 효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템 및 그 제어방법을 설명함에 있어, 제1, 제2, 제3 밸브(119, 121, 123)와 제1, 제2 냉매밸브(165, 169)가 구비된 것을 일 실시예로 하여 설명하고 있으나, 이에 한정된 것은 아니며, 냉각라인과 냉매라인 상에 별도의 2-Way 밸브를 적용하여 작동유체를 바이패스 시키거나 유량을 조절할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템 및 그 제어방법을 설명함에 있어, 제1, 제2 팽창밸브(167, 171)에 3-Way 밸브의 기능 추가가 가능함에 따라 제1, 제2 냉매밸브(165, 169)를 제거할 수 있다.

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

110 : 쿨링수단 111 : 전장품
113 : 워터펌프 115 : 라디에이터
117 : 쿨링팬 119 : 제1 밸브
121 : 제2 밸브 123 : 제3 밸브
130 : 수냉 컨덴서 150 : 에어컨 수단
151 : HVAC 모듈 153 : 내부응축기
155 : PTC 히터 157 : 증발기
159 : 개폐도어 161 : 압축기
163 : 어큐뮬레이터 165 : 제1 냉매밸브
167 : 제1 팽창밸브 169 : 제2 냉매밸브
171 : 제2 팽창밸브 175 : 압력센서
180 : 제어기 C.L 1 : 제1 냉각라인
C.L 2 : 제2 냉각라인 R.L : 냉매라인

Claims

차량에 구성되어 냉각라인을 통해 차량 구동용 모터와 전장품에 냉각수를 공급 및 순환시키는 쿨링수단과, 차량 실내의 냉난방을 조절하도록 냉매라인으로 연결되는 에어컨 수단을 포함하는 차량용 히트펌프 시스템에 있어서,
상기 쿨링수단은 차량에 구성되어 적어도 하나 이상의 워터펌프를 통해 냉각라인을 따라 냉각수를 순환시키고, 공급되는 냉각수를 외기와의 열교환을 통해 냉각시키는 적어도 하나 이상의 라디에이터와, 상기 라디에이터에 바람을 송풍하는 쿨링팬을 포함하며,
상기 냉각라인과 연결되어 냉각수가 순환되고, 차량의 난방, 냉방, 및 제습모드에 따라 상기 전장품으로부터 발생되는 폐열원을 선택적으로 이용하여 냉각수의 수온을 변화시키며, 상기 에어컨 수단의 냉매라인과 연결되어 유입된 냉매를 냉각수와 열교환시키는 수냉 컨덴서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제1항에 있어서,
상기 쿨링수단은
상기 수냉 컨덴서에 냉각수를 공급 및 순환시키는 제1 워터펌프와 제1 냉각라인을 통해 연결되는 제1 라디에이터;
상기 전장품과 수냉 컨덴서에 냉각수를 공급 및 순환시키는 제2 워터펌프와 제2 냉각라인을 통해 연결되는 제2 라디에이터; 및
상기 전장품과 수냉 컨덴서의 사이에서 상기 각 냉각라인 상에 설치되는 적어도 하나 이상의 밸브;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제2항에 있어서,
상기 밸브는
상기 제1, 제2 라디에이터에 각각 연결되는 제1, 제2 냉각라인이 분기되는 위치에 설치되어, 상기 수냉 컨덴서로부터 배출되는 냉각수를 제1, 제2 라디에이터에 선택적으로 공급하는 제1 밸브;
상기 제2 라디에이터와 제1 밸브의 사이에서 상기 제2 냉매라인 상에 설치되며, 상기 제2 라디에이터에 냉각수를 유입시키거나, 상기 제2 워터펌프로 직접 바이패스 시키는 제2 밸브; 및
상기 전장품과 수냉 컨덴서의 사이에서 제1, 제2 냉각라인 상에 설치되는 제3 밸브;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제3항에 있어서,
상기 쿨링수단은
상기 제1 밸브와 제2 밸브의 사이에서 상기 제2 냉각라인에 연결되어 상기 전장품으로 냉각수를 바이패스 시키는 바이패스 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제4항에 있어서,
상기 바이패스 라인에는
차량의 모드에 따라 상기 수냉 컨덴서를 통과한 냉각수를 상기 전장품으로 선택적으로 공급하는 제4 밸브가 장착되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제3항에 있어서,
상기 제1, 제2, 제3 밸브는
3-Way 밸브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제1항에 있어서,
상기 에어컨 수단은
차량의 난방, 냉방, 및 제습모드에 따라 증발기를 통과한 외기가 내부응축기와 PCT 히터로 유입되도록 선택적으로 조절하는 개폐도어를 내부에 구비한 HVAC 모듈;
상기 증발기와 냉매라인을 통해 연결되며, 기체 상태의 냉매를 압축시키는 압축기;
상기 압축기와 증발기 사이에서 냉매라인 상에 구비되며, 상기 압축기로 기체냉매만 공급하는 어큐뮬레이터;
상기 압축기로부터 배출되는 냉매를 차량의 모드에 따라 상기 내부응축기에 선택적으로 공급하는 제1 냉매밸브;
상기 내부응축기를 통과한 냉매를 공급받아 팽창시키는 제1 팽창밸브;
상기 제1 팽창밸브를 통해 팽창된 상태로, 상기 수냉 컨덴서를 통과하면서 열교환된 냉매를 상기 증발기로 공급하거나 어큐뮬레이터로 공급하는 제2 냉매밸브; 및
상기 증발기와 제2 냉매밸브 사이에 구비되며, 상기 제2 냉매밸브의 개폐를 통해 유입되는 냉매를 팽창시키는 제2 팽창밸브;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제7항에 있어서,
상기 압축기와 제1 냉매밸브를 연결하는 냉매라인 상에는 압력센서가 장착되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제7항에 있어서,
상기 제1, 및 제2 냉매밸브는
3-way 밸브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제1항에 있어서,
상기 쿨링수단과 에어컨 수단은
각각 제어기와 연결되며, 상기 제어기의 제어신호에 의해 작동되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제어기와 연결되고, 각각 제1, 제2 냉각라인을 통해 상호 연결되며, 제1, 제2 라디에이터, 제1, 제2 워터펌프, 및 다수개의 밸브와 전장품을 포함하는 쿨링수단과, 각각 냉매라인을 통해 상호 연결되며, 다수개의 냉매밸브와 팽창밸브, 압축기, 어큐뮬레이터, 증발기, 및 외부응축기와, 내부응축기, PTC 히터, 및 개폐도어로 구성된 HVAC 모듈을 포함하는 에어컨 수단으로 구성되며, 상기 각 냉각라인과 냉매라인에 연결되는 수냉 컨덴서를 더 포함하는 히트펌프 시스템에서, 사용자의 선택에 따라 난방모드, 제습모드, 및 냉방모드로 각각 작동시키기 위한 차량용 히트펌프 시스템 제어방법에 있어서,
상기 난방모드에서 상기 쿨링수단은
상기 제어기가 외부의 온도와 전장품을 통과한 냉각수의 온도, 및 차량의 상태를 판단하여 상기 각 밸브의 선택적인 작동을 통해 상기 제1, 제2 냉각라인을 통해 선택적으로 상기 수냉 컨덴서에 냉각수를 공급하여, 상기 냉매라인을 통해 상기 수냉 컨덴서로 유입된 냉매와 냉각수를 열교환시켜 냉매의 온도를 조절하고,
상기 에어컨 수단은
상기 수냉 컨덴서에서 냉각수와의 열교환을 통해 온도가 상승된 냉매를 제2 냉매밸브의 개방을 통해 냉매라인을 따라 상기 어큐뮬레이터와 압축기를 통과시켜 고온 고압 상태의 기체냉매로 압축시킨 상태로, 제1 냉매밸브의 작동을 통해 상기 HVAC 모듈의 내부응축기로 공급하며,
상기 내부응축기를 통과한 냉매는 제1 팽창밸브를 통해 팽창된 상태로, 상기 수냉 컨덴서에 공급되어 순환되며, 외부로부터 상기 HVAC 모듈의 증발기를 통과한 외기가 상기 내부응축기를 통과하도록 상기 개폐도어를 개방시키고, 유입된 외기가 상기 내부응축기를 통과하면서 PTC 히터의 선택적인 작동과 함께 차량 실내를 난방하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템 제어방법.
제11항에 있어서,
상기 난방모드는
외기의 온도 상태, 차량운행 초기상태, 및 차량의 저온주행 상태에 따라 제1, 제2, 제3, 제4, 및 제5 난방모드로 구분되어 상기 쿨링수단의 각 밸브의 개폐 제어를 통해 냉각수의 유동을 조절하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템 제어방법.
제12항에 있어서,
상기 제1 난방모드에서 상기 쿨링수단은
외기온이 영하일 경우, 제1, 제2, 및 제3 밸브가 상기 제2 냉각라인을 통해 냉각수가 순환되도록 작동되고, 상기 제2 라디에이터와 제2 냉각펌프를 통해 제2 냉각라인을 따라 상기 전장품을 통과하여 상기 전장품으로부터 발생되는 폐열원을 통해 냉각수의 온도가 상승된 상태로 상기 수냉 컨덴서로 유입되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템 제어방법.
제12항에 있어서,
상기 제2 난방모드에서 상기 쿨링수단은
외기온이 영상이고, 상기 전장품의 온도가 낮아 냉각이 필요 없는 조건일 경우, 제1 밸브와 제3 밸브가 상기 제1 냉각라인을 통해 냉각수가 순환되도록 작동되고, 상기 제1 워터펌프의 작동을 통해 제1 라디에이터를 통과하면서 외기열원과 열교환된 냉각수가 상기 수냉 컨덴서로 유입되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템 제어방법.
제12항에 있어서,
상기 제3 난방모드에서 상기 쿨링수단은
외기열원과 상기 전장품으로부터 발생되는 폐열원을 동시에 사용해야 할 경우, 제1, 제2, 제3 밸브가 상기 제1, 제2 냉각라인을 통해 각각 냉각수가 순환되도록 작동되고, 상기 제1 워터펌프의 작동을 통해 제1 라디에이터를 통과하면서 외기열원과 열교환된 냉각수와, 상기 제2 워터펌프의 작동을 통해 제2 라디에이터와 상기 전장품을 통과한 냉각수가 상기 수냉 컨덴서로 유입되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템 제어방법.
제12항에 있어서,
상기 제4 난방모드에서 상기 쿨링수단은
외부의 온도가 극저온 상태의 차량 운행 초기 상태일 경우, 제1, 제2, 및 제3 밸브가 모두 폐쇄되며, 상기 제1, 제2 워터펌프의 작동이 중지되어 상기 제1, 제2 냉각라인을 통해 냉각수를 순환시키지 않아 상기 수냉 컨덴서로 냉각수의 유입을 방지하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템 제어방법.
제12항에 있어서,
상기 제5 난방모드에서 상기 쿨링수단은
차량이 저온운행 상태일 경우, 제1, 제3 밸브가 작동되고, 상기 제2 워터펌프의 작동을 통해 상기 제2 냉각라인을 따라 냉각수가 순환되며, 제2 밸브의 작동을 통해 냉각수가 상기 제2 라디에이터로 유입되는 것을 방지한 상태로, 상기 전장품의 폐열원과의 열교환을 통해 온도가 상승된 냉각수가 상기 수냉 컨덴서로 유입되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템 제어방법.
제11항에 있어서,
상기 제습모드에서 상기 쿨링수단은
상기 제어기에 의해 쿨링팬이 작동하여 외기와 함께 상기 제2 냉각라인을 따라 제2 라디에이터로 유입된 냉각수를 냉각시키고, 상기 제2 워터펌프의 작동을 통해 전장품을 냉각시키면서 상기 수냉 컨덴서로 유입시키고, 상기 수냉 컨덴서로 유입된 냉각수와 열교환을 통해 냉매의 온도를 낮추고,
상기 에어컨 수단은
상기 수냉 컨덴서를 통과하면서 냉각된 저온의 냉매가 상기 HVAC 모듈의 증발기와 연결된 제2 팽창밸브로 유입되도록 제2 냉매밸브를 개방시키고, 팽창된 냉매를 상기 증발기로 공급하며,
상기 증발기에서 외기와의 열교환을 통해 증발된 냉매를 배출하여 상기 어큐뮬레이터와 압축기를 거치면서 압축시킨 상태로, 제1 냉매밸브의 작동을 통해 상기 내부응축기와 연결된 냉매라인을 개방시켜 상기 내부응축기로 냉매를 공급하고,
상기 내부응축기를 통과한 냉매는 제1 팽창밸브를 통해 팽창된 상태로, 상기 수냉 컨덴서로 공급하여 순환시키며, 외부로부터 상기 HVAC 모듈의 증발기를 통과하면서 냉각된 외기가 상기 내부응축기를 통과하도록 상기 개폐도어를 개방시키고, 유입된 외기가 상기 내부응축기와 PTC 히터를 통과하면서 차량 실내를 제습하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템 제어방법.
제11항에 있어서,
상기 냉방모드는
일반 주행 상태와 차량의 초기 시동 운행 상태에 따라 제1, 제2 냉방모드로 구분되어 상기 쿨링수단의 각 밸브의 개폐 제어를 통해 냉각수의 유동을 조절하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템 제어방법.
제19항에 있어서,
상기 제1 냉방모드에서
쿨링수단은
차량의 일반 주행 상태의 조건일 경우, 제1, 제3 밸브가 상기 제1 냉각라인을 통해 냉각수가 순환되도록 작동되고, 상기 제1 워터펌프의 작동을 통해 상기 제1 라디에이터를 통과하면서 외기와 열교환된 냉각수가 상기 수냉 컨덴서로 유입되며, 상기 냉매라인을 통해 상기 수냉 컨덴서로 유입된 냉매와 냉각수를 열교환시켜 냉매의 온도를 조절하고,
상기 에어컨 수단은
상기 수냉 컨덴서를 통과하면서 냉각된 저온의 냉매가 상기 HVAC 모듈의 증발기와 연결된 제2 팽창밸브로 유입되도록 제2 냉매밸브를 작동시켜 팽창된 냉매를 상기 증발기로 공급하며,
상기 증발기에서 외기와의 열교환을 통해 증발된 냉매를 배출하여 상기 어큐뮬레이터와 압축기를 거치면서 압축시킨 상태로, 제1 냉매밸브의 작동을 통해 상기 수냉 컨덴서와 연결된 냉매라인을 개방시켜 순환시키고,
상기 증발기로 유입된 냉매에 의해 상기 증발기를 통과하면서 냉각된 외기가 상기 내부응축기로 유입되지 않도록 상기 개폐도어를 폐쇄해 냉각된 외기를 차량의 내부로 직접 유입시켜 차량 실내를 냉방하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템 제어방법.
제19항에 있어서,
상기 제2 냉방모드에서
쿨링수단은
차량의 초기 시동 운행 상태의 조건일 경우, 냉각수의 유량을 증가시키도록 제1, 제2, 제3 밸브가 상기 제1, 제2 냉각라인을 통해 각각 냉각수가 순환되도록 작동되고, 상기 제1 워터펌프의 작동을 통해 제1 라디에이터를 통과하면서 외기와 열교환된 냉각수와, 상기 제2 워터펌프의 작동을 통해 제2 라디에이터와 상기 전장품을 통과한 냉각수가 상기 수냉 컨덴서로 유입되며, 상기 냉매라인을 통해 상기 수냉 컨덴서로 유입된 냉매와 냉각수를 열교환시켜 냉매의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템 제어방법.
제11항에 있어서,
상기 전장품의 냉각부하가 매우 크고, 상기 전장품에서 이상발열이 발생될 경우에는 상기 전장품을 냉각시키는 전장품 냉각모드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템 제어방법.
제22항에 있어서,
상기 전장품 냉각모드에서 쿨링수단은
제1, 제2, 및 제3 밸브의 작동을 통해 제1, 제2 냉각라인을 따라 순환되는 냉각수가 상기 전장품으로 유입되도록 작동되며,
상기 제1 워터펌프의 작동을 통해 제1 라디에이터를 통과하면서 외기와 열교환된 냉각수와, 상기 제2 워터펌프의 작동을 통해 제2 라디에이터를 통과하면서 쿨링팬에 의해 냉각된 냉각수가 상기 전장품으로 유입되고,
상기 전장품과 상기 제1, 제2 밸브의 사이에 구비된 제2 냉각라인을 연결하는 바이패스 라인과 상기 바이패스 라인 상에 구비된 제4 밸브의 작동을 통해 냉각수가 순환되면서 전장품을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템 제어방법.
제23항에 있어서,
상기 난방모드, 제습모드, 냉방모드, 및 전장품 냉각모드는
상기 제어기가 상기 전장품으로부터 발생되는 폐열원의 온도상태와, 냉각수와 냉매의 온도상태에 따라, 상기 쿨링팬의 풍량과 상기 제1, 제2 워터펌프의 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템 제어방법.