車両用ヒートポンプシステム及びその制御方法
【課題】暖房性能、効率と除湿性能を向上させ、極低温時には外部積霜を防止すると同時に暖房負荷を減少させて走行距離を増加させるようにする車両用ヒートポンプシステム及び制御方法を提供する。
【解決手段】モータと電装品に冷却水を供給、循環させるクーリング手段と、車室内の冷暖房を調節するエアコン手段とを含む車両用ヒートポンプシステムにおいて、クーリング手段は、車両前面に配設されてウォータポンプを通じて冷却ラインに冷却水を循環させ、供給される冷却水を外気との熱交換を通じて冷却させるラジエータと、ラジエータの後方に装着されるクーリングファンとを含み、冷却ラインと連結されて冷却水が循環され、各モードに応じてモータと電装品から発生する廃熱源を選択的に利用して冷却水の水温を変化させ、エアコン手段の冷媒ラインと連結され流入した冷媒を冷却水と熱交換させる水冷コンデンサをさらに含む。
【解決手段】モータと電装品に冷却水を供給、循環させるクーリング手段と、車室内の冷暖房を調節するエアコン手段とを含む車両用ヒートポンプシステムにおいて、クーリング手段は、車両前面に配設されてウォータポンプを通じて冷却ラインに冷却水を循環させ、供給される冷却水を外気との熱交換を通じて冷却させるラジエータと、ラジエータの後方に装着されるクーリングファンとを含み、冷却ラインと連結されて冷却水が循環され、各モードに応じてモータと電装品から発生する廃熱源を選択的に利用して冷却水の水温を変化させ、エアコン手段の冷媒ラインと連結され流入した冷媒を冷却水と熱交換させる水冷コンデンサをさらに含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用ヒートポンプシステム及びその制御方法に関し、より詳しくは、電気自動車に水冷コンデンサを適用し、モータと電装品で発生する廃熱を利用して暖房性能と除湿性能を向上させる車両用ヒートポンプシステム及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に自動車用空気調和装置は、自動車の室内を冷暖房するためのエアコンモジュールを含む。このようなエアコンモジュールは、圧縮器の駆動により吐出される熱交換媒体が凝縮器、レシーバードライヤー、膨張バルブ及び蒸発器を経て再び圧縮器へ循環する過程で蒸発器による熱交換によって自動車の室内を冷房したり、冷却水をヒータに流入して熱交換させることによって室内を暖房するように構成される。一方、最近、エネルギー効率と環境汚染問題に対する関心が日々高まり、内燃機関自動車を実質的に代替することができる親環境自動車の開発が要求されており、このような親環境自動車は、普通燃料電池や電気を動力源として駆動される電気自動車や、エンジンと電気バッテリーを利用して駆動されるハイブリッド自動車に区分される。このような親環境車両のうち、電気自動車には一般車両の空気調和装置とは異なり、別途のヒータが使用されず、電気自動車に適用される空気調和装置を通常ヒートポンプシステムという。このようなヒートポンプシステムは、夏季の冷房モード時には圧縮器から圧縮された高温、高圧の気相冷媒が凝縮器を通じて凝縮された後、レシーバードライヤー及び膨張バルブを経て蒸発器での蒸発を通じて室内の温度及び湿度を低める一般的な原理と同一であるが、冬季の暖房モード時には高温、高圧の気相冷媒をヒータ媒体として利用するという特徴を有している。つまり、電気自動車は、暖房モードで高温、高圧の気相冷媒がバルブを通じて室外凝縮器でない室内凝縮器に流動して吸入された外気との熱交換が行われ、熱交換された外気がＰＣＴ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）ヒータを通過しながら車両の室内に流入されることによって、車両室内温度を高めるようになる。そして、室内凝縮器に流入された高温、高圧の気相冷媒は、吸入された外気との熱交換を通じて凝縮されて再び液冷媒で吐出される。
【０００３】
しかし、上述のような従来のヒートポンプシステムは、外部空気を冷媒との熱交換媒体として利用する空冷式が適用されるところ、圧縮器をはじめとする熱交換機及び各構成要素の構造が複雑になり、全体的なシステムパッケージが複雑になる問題点がある。また、冬季の極低温または低温状態の外気と熱交換された冷媒が室内凝縮器から熱交換されて超低温状態で排出されて外部凝縮器に流入されることによって、外部凝縮器に表面結氷が発生して熱交換媒体の熱交換効率と暖房性能及び効率が低下し、冷房モードから暖房モードへ転換する場合、蒸発器外部に残留した凝縮水により湿度が増加して車両の車窓に湿気がこもるようになる。これを防止するために、外部凝縮器の表面結氷を除去する除霜モードでは、コンプレッサーの作動を中止し、ＰＴＣヒータのみで暖房を行わなければならないことによって、暖房性能が極めて低下すると同時に、電源使用量の増加による暖房負荷の上昇及び暖房走行時に走行距離が短縮される問題点がある。また、室内凝縮器からの液冷媒が圧縮器に吸入される時、気相冷媒に転換せしめる熱源が不足するため圧縮効率が低下し、外気温度が低い場合には暖房性能が顕著に不足し、システムが不安定であるばかりか、液冷媒が圧縮器に流入される時、圧縮器の耐久性が低下する問題点もある。また、車両室内の湿気除去のための別途の除湿モードでは、２ウェイバルブの頻繁な開閉作動による騒音及び振動が発生する問題点も有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１３９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、冷却水を熱交換媒体として使用する水冷コンデンサを適用し、モータと電装品で発生する廃熱源を利用して冷媒と熱交換させることによって、暖房性能及び効率と除湿性能を向上させる車両用ヒートポンプシステム及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明による車両用ヒートポンプシステムは、車両に設けられて冷却ラインを通じてモータと電装品に冷却水を供給及び循環させるクーリング手段と、車両室内の冷暖房を調節するように冷媒ラインにより連結されるエアコン手段とを含む車両用ヒートポンプシステムにおいて、前記クーリング手段は、車両の前面に配設されてウォータポンプを通じて冷却ラインに沿って冷却水を循環させ、供給される冷却水を外気との熱交換を通じて冷却させるラジエータと、前記ラジエータの後方に装着されるクーリングファンとを含み、前記冷却ラインと連結されて冷却水が循環され、各モードに応じて前記モータと電装品から発生される廃熱源を選択的に利用して冷却水の水温を変化させ、前記エアコン手段の冷媒ラインと連結され流入された冷媒を冷却水と熱交換させる水冷コンデンサをさらに含むことを特徴とする。
このような車両用ヒートポンプシステムにおいて、前記ラジエータは、前方に外気を選択的に流入させる複数の開閉膜が設置されることが好ましく、また、前記エアコン手段は、暖房、冷房、及び除湿モードに応じて蒸発器を通過した外気が内部凝縮器とＰＣＴヒータに流入されるように選択的に調節する開閉ドアを内部に備えたＨＶＡＣモジュールと、蒸発器と冷媒ラインを通じて連結され、気体状態の冷媒を圧縮させる圧縮器と、前記圧縮器と蒸発器の間の冷媒ライン上に備えられ、前記圧縮器に気体冷媒のみを供給するアキュムレータと、前記圧縮器から排出される冷媒を車両のモードに応じて前記内部凝縮器に選択的に供給する第１バルブと、前記内部凝縮器を通過した冷媒を供給されて膨張させる第１膨張バルブと、前記第１膨張バルブを通じて膨張された冷媒を、前記蒸発器に供給すると共にアキュムレータに供給する第２バルブと、前記蒸発器と第２バルブの間に備えられ、前記第２バルブの開閉を通じて流入される冷媒を膨張させる第２膨張バルブと、を含むことが好適である。そして、前記第１、第２バルブは、３ウェイバルブからなることが好ましく、また、前記クーリング手段とエアコン手段は、夫々制御器と連結され、前記制御器の制御信号により作動されることが好ましい。さらに、前記クーリング手段は、前記ラジエータとモータの間で前記冷却ライン上に設置され、車両の暖房、冷房及び除湿モードに応じて供給された冷却水を前記ラジエータまたはウォータポンプに供給するように前記冷却ラインをバイパスさせて選択的に連結する第３バルブをさらに含むことが良く、また、前記第３バルブは、３ウェイバルブからなることが好ましい。
【０００７】
また、上記目的を達成するための本発明による他の車両用ヒートポンプシステムは、車両に設けられて冷却ラインを通じてモータと電装品に冷却水を供給及び循環させるクーリング手段と、車両室内の冷暖房を調節するように冷媒ラインにより連結されるエアコン手段とを含む車両用ヒートポンプシステムにおいて、前記クーリング手段は、車両の前面に配設されてウォータポンプを通じて冷却ラインに沿って冷却水を循環させ、供給される冷却水を外気との熱交換を通じて冷却させるラジエータと、前記ラジエータの後方に装着されるクーリングファンとを含み、前記電装品と並列に配置された状態で、前記冷却ラインと相互連結されて冷却水が循環され、各モードに応じて前記モータと電装品から発生される廃熱源を選択的に利用して冷却水の水温を調節し、前記エアコン手段の冷媒ラインと連結され流入された冷媒を冷却水と熱交換させる水冷コンデンサをさらに含むことを特徴とする。
【０００８】
また、上記目的を達成するための本発明の車両用ヒートポンプシステム制御方法は、制御器と連結され、それぞれ冷却ラインを通じて相互連結され、ラジエータ、ウォータポンプ、電装品、及びモータを含むクーリング手段と、それぞれ冷媒ラインを通じて相互連結され、複数のバルブと膨張バルブ、圧縮器、及びアキュムレータと、蒸発器、内部凝縮器、ＰＴＣヒータ、及び開度ドアから構成されたＨＡＶＣモジュールを含むエアコン手段とから構成され、前記冷却ラインと冷媒ラインに連結される水冷コンデンサをさらに含むヒートポンプシステムに適用され、使用者の選択により暖房モード、冷房モード、及び除湿モードでそれぞれ作動させるための車両用ヒートポンプシステム制御方法において、前記暖房モードで、前記クーリング手段は、前記モータと電装品から発生される廃熱源を通じて前記水冷コンデンサに流入された冷却水の温度を上昇させ、前記冷媒ラインを通じて前記水冷コンデンサに流入された冷媒との熱交換を通じて冷媒の温度を上昇させ、前記エアコン手段は、前記水冷コンデンサの内部で前記冷却水との熱交換を通じて温度が上昇した冷媒を第２バルブの開放を通じて冷媒ラインに沿って前記アキュムレータと圧縮器を通過させて高温高圧状態の気体冷媒に圧縮させた状態で、第１バルブの開閉を通じて前記ＨＡＶＣモジュールの内部凝縮器に供給し、前記内部凝縮器を通過した冷媒は、第１膨張バルブを通じて膨張させた状態で、前記水冷コンデンサに供給して循環させ、外部から前記ＨＡＶＣモジュールの蒸発器を通過した外気が前記内部凝縮器を通過するように前記開閉ドアを開放させ、流入された外気が前記内部凝縮器を通過しながらＰＴＣヒータの選択的な作動と共に車両室内を暖房することを特徴とする。
このような車両用ヒートポンプシステム制御方法において、前記暖房モードでは、車両の走行時、前記ラジエータの前面に設置された各開閉膜が閉鎖されて前記ラジエータに走行風の流入を防止することが好ましく、また、前記冷房モードで、前記クーリング手段は、クーリングファンが作動して外気と共にラジエータに流入された冷却水を冷却させ、前記ウォータポンプの作動を通じて前記モータと電装品を冷却させながら前記水冷コンデンサに流入させ、前記水冷コンデンサに流入された低温の冷却水と熱交換を通じて冷媒の温度を低め、前記エアコン手段は、前記水冷コンデンサを通過しながら冷却された低温の冷媒が前記ＨＡＶＣモジュールの蒸発器と連結された第２膨張バルブに流入されるように第２バルブを開放させ、膨張された冷媒を前記蒸発器に供給し、前記蒸発器で外気との熱交換を通じて蒸発された冷媒を排出して前記アキュムレータと圧縮器を経ながら圧縮させた状態で、第１バルブの作動を通じて前記水冷コンデンサと連結された冷媒ラインを開放させて前記水冷コンデンサに循環させ、前記蒸発器に流入された冷媒により前記蒸発器を通過しながら冷却された外気が前記内部凝縮器に流入されないように前記開閉ドアを閉鎖し、冷却された外気を車両の内部に直接流入させて車両室内を冷房することが好適である。そして、前記冷房モードでは、車両の走行時、前記ラジエータの前面に設置された各開閉膜が開放されて前記ラジエータに走行風を流入させることが好ましく、また、前記除湿モードで、前記クーリング手段は、クーリングファンが作動して外気と共にラジエータに流入された冷却水を冷却させ、前記ウォータポンプの作動を通じて前記モータと電装品を冷却させながら前記水冷コンデンサに流入させ、前記水冷コンデンサに流入された低温の冷却水と熱交換を通じて冷媒の温度を低め、前記エアコン手段は、前記水冷コンデンサを通過しながら冷却された低温の冷媒が前記ＨＡＶＣモジュールの蒸発器と連結された第２膨張バルブに流入されるように第２バルブを開放させ、膨張された冷媒を前記蒸発器に供給し、前記蒸発器で外気との熱交換を通じて蒸発された冷媒を排出して前記アキュムレータと圧縮器を経ながら圧縮させた状態で、第１バルブの作動を通じて前記内部凝縮器と連結された冷媒ラインを開放させて前記内部凝縮器に冷媒を供給し、前記内部凝縮器を通過した冷媒は、第１膨張バルブを通じて膨張させた状態で、前記水冷コンデンサに供給して循環させ、外部から前記ＨＡＶＣモジュールの蒸発器を通過しながら冷却された外気が前記内部凝縮器を通過するように前記開閉ドアを開放させ、流入された外気が前記内部凝縮器とＰＴＣヒータを通過しながら車両室内を除湿することが好ましい。さらに、前記除湿モードは、前記制御器が前記第１、第２膨張バルブの開度量の調節を通じて冷媒の膨張量を調節することが好ましく、また、前記暖房モード、冷房モード、及び除湿モードは、前記制御器が前記モータと電装品から発生される廃熱源の温度状態と、冷却水と冷媒の温度状態に応じて、前記クーリングファンの風量とウォータポンプの流量を制御することが好適である。
【発明の効果】
【０００９】
上述した本発明による車両用ヒートポンプシステム及びその制御方法によれば、冷却水を熱交換媒体として使用する水冷コンデンサを適用し、モータと電装品で発生する廃熱源を利用して冷媒と熱交換させることによって、全体的な暖房性能及び効率と除湿性能を向上させ、極低温時に外部に設置された前記水冷コンデンサの外部積霜を防止する効果がある。また、暖房モードで極低温時のアイドル状態及び走行条件では、ＰＴＣヒータと共に全体的なシステムを同時に駆動させることによって、電源使用量が増加することを防止して暖房負荷を減少させ、走行距離を増加させる長所がある。そして、車両の冷房モードでは、冷却水を低温の冷媒と熱交換させて水温を低めることができるため、冷房性能を向上させることができ、除湿モードでは、３ウェイバルブを通じて頻繁な開閉作動を減らしてバルブ開閉作動による騒音及び振動発生を低減させることができる。また、水冷コンデンサを適用して冷媒との熱交換媒体として冷却水を使用することによって、各構成要素の構造を簡素化すると同時に、一つのラジエータでモータと電装品を冷却させることができるため、全体的なシステムパッケージの縮小及びラジエータの効率を向上させる長所がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態による車両用ヒートポンプシステムの構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態による車両用ヒートポンプシステムの暖房モードの作動状態図である。
【図３】本発明の第１実施形態による車両用ヒートポンプシステムの冷房モードの作動状態図である。
【図４】本発明の第１実施形態による車両用ヒートポンプシステムの除湿モードの作動状態図である。
【図５】本発明の第２実施形態による車両用ヒートポンプシステムの構成図である。
【図６】本発明の第３実施形態による車両用ヒートポンプシステムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。本明細書に記載した実施形態と図面に示された構成は、本発明の最も好適な一実施形態に過ぎず、本発明の技術的な思想を全て代弁するのではないため、本出願時点においてこれらを代替できる多様な均等物と変形例があり得る。
【００１２】
〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態による車両用ヒートポンプシステムの構成図を図１に示した。本実施形態による車両用ヒートポンプシステム１００及びその制御方法は、冷却水を熱交換媒体として使用する水冷コンデンサ１３０を適用し、モータ１１１と電装品１１３で発生する廃熱源を利用して冷媒と熱交換させることによって、暖房性能及び効率と除湿性能を向上させ、極低温時には外部積霜を防止すると同時に、暖房負荷を減少させて走行距離を増加させるようにする。このために、本実施形態による車両用ヒートポンプシステム１００は、図１に示したように、基本的に車両に設けられて冷却ライン（Ｃｏｌｌｉｎｇ Ｌｉｎｅ：以下、「Ｃ．Ｌ」と略記する場合がある）を通じてモータ１１１と電装品１１３に冷却水を供給及び循環させるクーリング手段１１０と、車両室内の冷暖房を調節するように冷媒ライン（Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ Ｌｉｎｅ：以下、「Ｒ．Ｌ」と略記する場合がある）に連結されるエアコン手段１５０を含む。
【００１３】
本第１実施形態において、クーリング手段１１０は、車両の前面に配設されてウォータポンプ１１５を通じて冷却ライン（Ｃ．Ｌ）に沿って冷却水を循環させ、供給される冷却水を外気との熱交換を通じて冷却させるラジエータ１１７と、ラジエータ１１７の後方に装着されるクーリングファン１１９を含んで構成される。ここで、ラジエータ１１７は、前方に車両の外部から走行風または外気を選択的に流入させる複数の開閉膜１２１が設置される。各開閉膜１２１は、運転者の選択による車両の暖房モード、冷房モード、及び除湿モードに応じてラジエーター１１７の前面を開放したり閉鎖して外気の流入を調節することによって、ラジエータ１１７の冷却性能を調節するようになる。
【００１４】
そして、本実施形態によるヒートポンプシステム１００は、モータ１１１と電装品１１３の間に配置され、冷却ライン（Ｃ．Ｌ）と連結されて冷却水が循環し、暖房、冷房、及び除湿モードに応じてモータ１１１と電装品１１３から発生される廃熱源を選択的に利用して冷却水の水温を変化させ、エアコン手段１５０の冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）と連結され流入された冷媒を冷却水と熱交換させる水冷コンデンサ１３０をさらに含む。水冷コンデンサ１３０は、内部に温度センサー（図示せず）が備えられ、温度センサーは、流入された冷却水の水温と冷媒の温度を感知するようになる。
【００１５】
本第１実施形態において、エアコン手段１５０は、ＨＶＡＣ（Ｈｅａｔｉｎｇ、Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ、ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）モジュール１５１、圧縮器１６１、アキュムレータ１６３、第１、第２バルブ１６５、１６９、第１、第２膨張バルブ１６７、１７１から構成され、これを各構成別により詳しく説明する。
【００１６】
ＨＶＡＣモジュール１５１は温湿度、換気などを含む空調（機能）を実際に調節するためのモジュールであり、冷房、暖房、及び除湿モードに応じて蒸発器１５７を通過した外気が内部凝縮器１５３とＰＣＴヒータ１５５に流入されるように選択的に調節する開閉ドア１５９が内部に備えられる。つまり、開閉ドア１５９は、車両の暖房時、蒸発器１５７を通過した外気が内部凝縮器１５３とＰＣＴヒータ１５５に流入されるように開放され、冷房時には、蒸発器１５７を通過しながら冷却された外気が車両内部に直ちに流入されるように内部凝縮器１５３とＰＣＴヒータ１５５側を閉鎖するようになる。
【００１７】
圧縮器１６１は、蒸発器１５７と冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）を通じて連結され、気体状態の冷媒を圧縮させるようになる。アキュムレータ１６３は、圧縮器１６１と蒸発器１５７の間で冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）上に備えられ、圧縮器１６１に気体冷媒のみを供給するように内部に液体冷媒を貯蔵後、貯蔵された液体冷媒を気化させて再び圧縮器１６１に気体冷媒を供給して圧縮器１６１の効率及び耐久性を向上させるようになる。
【００１８】
この実施形態において、第１バルブ１６５は、圧縮器１６１から排出される冷媒を車両のモードに応じて内部凝縮器１５３に選択的に供給し、第１膨張バルブ１６７は、内部凝縮器１５３を通過した冷媒を供給されて膨張させるようになる。ここで、圧縮器１６１と第１バルブ１６５の間で冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）上には圧力センサー１７３が装着され、圧縮器１６１から圧縮された状態で排出する冷媒の圧力を感知するようになる。
【００１９】
第２バルブ１６９は、第１膨張バルブ１６７を通じて膨張した冷媒や第１バルブ１６５の作動を通じて水冷コンデンサ１３０を通過した冷媒を蒸発器１５７に供給したりアキュムレータ１６３に選択的に供給するようになる。
【００２０】
そして、第２膨張バルブ１７１は、蒸発器１５７と第２バルブ１６９の間に備えられ、第２バルブ１６９の開閉を通じて流入される冷媒を膨張させて蒸発器１５７に供給するようになる。ここで、第１バルブ１６５は、冷媒を内部凝縮器１５３や水冷コンデンサ１３０に供給し、第２バルブ１６９は、冷媒をアキュムレータ１６３や第２膨張バルブ１７１に供給するように前記冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）を選択的に開閉して連結させる３ウェイバルブからなることが好ましい。
【００２１】
このような構成を有するクーリング手段１１０とエアコン手段１５０は、それぞれ制御器１８０と連結され、制御器１８０の制御信号により作動される。つまり、制御器１８０は、使用者の選択による車両の暖房モード、冷房モード、及び除湿モードと、水冷コンデンサ１３０の温度センサーから出力された信号によって、クーリング手段１１０のクーリングファン１１９、ウォータポンプ１１５、及び開閉膜１２１を制御するようになる。また、制御器１８０は、車両のモードに応じてエアコン手段１５０でＨＶＡＣモジュール１５１の開閉ドア１５９の開閉作動を制御すると同時に、各バルブ１６５、１６９の開閉作動を制御し、第１、第２膨張バルブ１６７、１７１を制御して冷媒の膨張量を制御するようになる。
【００２２】
以下、第１実施形態による車両用ヒータポンプシステムの作動及び制御方法を図２乃至図４を通じて具体的に説明する。図２乃至図４は、第１実施形態による車両用ヒートポンプシステムの暖房モード、冷房モード、及び除湿モードの作動状態図である。
【００２３】
まず、ヒートポンプシステム１００の暖房モード時の作動及び制御方法を図２を参照して説明する。暖房モードで、クーリング手段１１０は、モータ１１１と電装品１１３から発生される廃熱源を利用して冷却ライン（Ｃ．Ｌ）に沿って水冷コンデンサ１３０に流入された冷却水の温度を上昇させるようになる。この時、ラジエータ１１７の前面に設置された各開閉膜１２１は、制御器１８０の制御信号により閉鎖された状態になり、ラジエータ１１７に走行風の流入が防止され、同時に、クーリングファン１１９も作動が中止されたり風速が低下することによって、ラジエータ１１７に流入された冷却水の冷却が防止される。このような状態で、水冷コンデンサ１３０は、冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）を通じて流入された冷媒との熱交換を通じて冷媒の温度を上昇させるようになる。ここで、制御器１８０は、水冷コンデンサ１３０に装着された温度センサーを通じて冷却水と冷媒の温度を判断し、モータ１１１と電装品１１３から発生される廃熱源の温度状態、冷却水の温度状態、及び冷媒の圧力状態に応じて、ウォータポンプ１１５の流量を制御したりクーリングファン１１９の風量を制御するようになる。
【００２４】
そして、エアコン手段１５０は、水冷コンデンサ１３０の内部で冷却水との熱交換を通じて温度が上昇した冷媒を第２バルブ１６９の開放を通じて冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）に沿って前記アキュムレータ１６３と圧縮器１６１を通過させる。これによって、冷媒は、圧縮器１６１を通過しながら高温高圧状態の気体冷媒で圧縮された状態で、内部凝縮器１５３と連結された冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）が第１バルブ１６５により開放されて内部凝縮器１５３に流入される。ここで、圧縮器１６１と第１バルブ１６５の間で冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）上に装着された圧力センサー１７３は、圧縮器１６１から排出される冷媒の圧力を測定して制御器１８０にその測定値を出力するようになる。制御器１８０は、圧力センサー１７３から出力された測定値に基づいて冷媒の圧力を判断し、要求された車両状態に応じて第１バルブ１６５の開度量を調節するようになる。
【００２５】
内部凝縮器１５３を通過した冷媒は、第１膨張バルブ１６７を通じて膨張された状態で冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）に沿って水冷コンデンサ１３０に流入され、前述した作動の反復を通じて冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）に沿って循環するようになる。つまり、暖房モードで高温高圧状態の気体冷媒が内部凝縮器１５３に供給されると、制御器１８０は、外部からＨＡＶＣモジュール１５１の蒸発器１５７を通過した外気が内部凝縮器１５３を通過するように開閉ドア１５９を開放させるようになる。これによって、外部から流入された外気は、冷媒が供給されていない蒸発器１５７を通過時、冷却されていない室温状態で流入され、内部凝縮器１５３を通過しながら高温状態に変換されてＰＴＣヒータ１５５の選択的な作動と共に車両室内に供給されることによって、暖房が行われるようになる。
【００２６】
本実施形態において、ヒートポンプシステム１００の冷房モード時の作動及び制御方法を図３を参照して説明する。まず、冷房モードで、クーリング手段１１０は、図３に示したように、制御器１８０によりクーリングファン１１９が作動して外気と共にラジエータ１１７に流入された冷却水を冷却させるようになる。この時、各開閉膜１２１は、ラジエータ１１７に走行風及び外気が流入されるように制御器１８０の制御信号により開放された状態になり、ラジエータ１１７の冷却効率が増加する。
【００２７】
このような状態で、冷却された冷却水は、ウォータポンプ１１５の作動を通じて冷却ライン（Ｃ．Ｌ）に沿って循環してモータ１１１と電装品１１３を冷却させながら水冷コンデンサ１３０に流入され、水冷コンデンサ１３０に流入された低温の冷却水と熱交換を通じて冷媒の温度を低めるようになる。ここで、制御器１８０は、水冷コンデンサ１３０に装着された温度センサーを通じて冷却水と冷媒の温度を判断し、モータ１１１と電装品１１３から発生される廃熱源の温度状態、冷却水の温度状態、及び冷媒の圧力状態に応じて、ウォータポンプ１１５の流量を制御したりクーリングファン１１９の風量を制御するようになる。
【００２８】
エアコン手段１５０は、水冷コンデンサ１３０を通過しながら低温状態の冷却水との熱交換を通じて冷却された低温の冷媒を前記ＨＡＶＣモジュール１５１の蒸発器１５７と連結された第２膨張バルブ１７１に流入されるように第２バルブ１６９の作動を通じて冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）を開放するようになる。そうすると、第２膨張バルブ１７１に流入された低温の冷媒は、膨張された状態で、冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）に沿って蒸発器１５７に供給される。その後、冷媒は、蒸発器１５７で外気との熱交換を通じて蒸発し、冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）に沿ってアキュムレータ１６３と圧縮器１６１を経ながら圧縮される。このような状態で、冷媒は、第１バルブ１６５の作動を通じて水冷コンデンサ１３０と連結された冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）を開放させて水冷コンデンサ１３０に流入され、前述した作動を反復的に行いながら冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）に沿って循環するようになる。ここで、ＨＶＡＣモジュール１５１に流入される外気は、蒸発器１５７に流入された低温状態の冷媒により蒸発器１５７を通過しながら冷却される。この時、開閉ドア１５９は、冷却された外気が内部凝縮器１５３とＰＴＣヒータ１５５を通過しないように内部凝縮器１５３へ通過する部分を閉鎖し、冷却された外気を車両の内部に直接流入させることによって冷房が行われるようになる。
【００２９】
ヒートポンプシステム１００の除湿モード時の作動及び制御方法を図４を参照して説明する。まず、除湿モードで、クーリング手段１１０は、制御器１８０によりクーリングファン１１９が作動して外気と共にラジエータ１１７に流入された冷却水を冷却させるようになる。この時、各開閉膜１２１は、ラジエータ１１７に走行風及び外気が流入されるように制御器１８０の制御信号により開放された状態になり、ラジエータ１１７の冷却効率が増加する。このような状態で、冷却された冷却水は、ウォータポンプ１１５の作動を通じて冷却ライン（Ｃ．Ｌ）に沿って循環してモータ１１１と電装品１１３を冷却させながら水冷コンデンサ１３０に流入され、水冷コンデンサ１３０に流入された低温の冷却水と熱交換を通じて冷媒の温度を低めるようになる。ここで、制御器１８０は、水冷コンデンサ１３０に装着された温度センサーを通じて冷却水と冷媒の温度を判断し、モータ１１１と電装品１１３から発生される廃熱源の温度状態、冷却水の温度状態、及び冷媒の圧力状態に応じて、ウォータポンプ１１５の流量を制御したりクーリングファン１１９の風量を制御するようになる。
【００３０】
エアコン手段１５０は、水冷コンデンサ１３０を通過しながら低温状態の冷却水との熱交換を通じて冷却された低温の冷媒をＨＡＶＣモジュール１５１の蒸発器１５７と連結された第２膨張バルブ１７１に流入するように第２バルブ１６９の作動を通じて冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）を開放するようになる。そうすると、第２膨張バルブ１７１に流入された低温の冷媒は、膨張された状態で、冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）に沿って蒸発器１５７に供給される。その後、冷媒は、蒸発器１５７で外気との熱交換を通じて蒸発し、冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）に沿ってアキュムレータ１６３と圧縮器１６１を通過しながら高温高圧状態の気体冷媒と圧縮される。圧縮された気体冷媒は、内部凝縮器１５３と連結された冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）が第１バルブ１６５により開放されて内部凝縮器１５３に供給される。ここで、圧縮器１６１と第１バルブ１６５の間で冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）上に装着された圧力センサー１７３は、圧縮器１６１から排出される冷媒の圧力を測定して制御器１８０にその測定値を出力するようになる。
【００３１】
制御器１８０は、圧力センサー１７３から出力された測定値に基づいて冷媒の圧力を判断し、要求された車両状態に応じて第１バルブ１６５の開度量を調節するようになる。そして、内部凝縮器１５３を通過した冷媒は、第１膨張バルブ１６７を通じて膨張された状態で前記冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）に沿って水冷コンデンサ１３０に流入され、前述した作動を反復的に行いながら冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）に沿って循環するようになる。この場合、制御器１８０は、第１、第２膨張バルブ１６７、１７１の開度量の調節を通じて冷媒の膨張量を調節するようになる。ここで、ＨＶＡＣモジュール１５１に流入される外気は、蒸発器１５７に流入された低温状態の冷媒により蒸発器１５７を通過しながら冷却される。この時、開閉ドア１５９は、冷却された外気が内部凝縮器１５３を通過するように内部凝縮器１５３と連結された部分を開放させるようになり、流入された外気は蒸発器１５７を通過しながら除湿された後、内部凝縮器１５３を通じて加熱されて車両内部に流入されることによって、車両の室内を除湿するようになる。
【００３２】
第１実施形態による車両用ヒートポンプシステム制御方法を説明するに当たり、暖房モードで外気と共にＰＴＣヒータ１５５が作動されることを説明したが、これに限定されるものではなく、使用者の選択による暖房温度設定に応じてＰＴＣヒータ１５５の作動有無を選択して実現することができる。したがって、上述した本第１実施形態による車両用ヒートポンプシステム１００及びその制御方法によれば、冷却水を熱交換媒体として使用する水冷コンデンサ１３０を適用し、モータ１１１と電装品１１３で発生する廃熱源を利用して冷媒と熱交換させることによって、全体的な暖房性能及び効率と除湿性能を向上させ、極低温時に外部に設置された前記水冷コンデンサ１３０の外部積霜を防止することができる。また、暖房モードで極低温時のアイドル状態及び走行条件では、ＰＴＣヒータ１５５と共に全体的なシステムを同時に駆動させることによって、電源使用量が増加することを防止して暖房負荷を減少させ、走行距離を増加させることができる。そして、車両の冷房モードでは、冷却水を低温の冷媒と熱交換させて水温を低めることができるため、冷房性能を向上させることができ、除湿モードでは、第１、第２バルブ１６５、１６９が３ウェイバルブとして適用されることによって、頻繁な開閉作動を減らしてバルブ開閉作動による騒音及び振動発生を低減させることができる。また、水冷コンデンサ１３０を適用し、冷媒との熱交換媒体として冷却水を使用することによって、各構成要素の構造を簡素化すると同時に、一つのラジエータ１１７でモータ１１１と電装品１１３を冷却させることができるため、全体的なシステムパッケージの縮小及びラジエータ１１７の効率を向上させることができる。
【００３３】
〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態による車両用ヒートポンプシステムの構成図を図５に示した。本第２実施形態による車両用ヒートポンプシステム２００は、基本的に車両に構成されて冷却ライン（Ｃ．Ｌ）を通じてモータ２１１と電装品２１３に冷却水を供給及び循環させるクーリング手段２１０と、車両室内の冷暖房を調節するように冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）に連結されるエアコン手段２５０を含む。
【００３４】
この実施形態において、クーリング手段２１０は、車両の前面に構成されてウォータポンプ２１５を通じて冷却ライン（Ｃ．Ｌ）に沿って冷却水を循環させ、供給される冷却水を外気との熱交換を通じて冷却させるラジエータ２１７と、ラジエータ２１７の後方に装着されるクーリングファン２１９を含んで構成される。ここで、ラジエータ２１７は、前方に車両の外部から走行風または外気を選択的に流入させる複数の開閉膜２２１が設置される。各開閉膜２２１は、運転者の選択による車両の暖房モード、冷房モード、及び除湿モードに応じてラジエーター２１７の前面を開放したり閉鎖して外気の流入を調節することによって、ラジエータ２１７の冷却性能を調節するようになる。そして、本実施形態によるヒートポンプシステム２００は、モータ２１１と電装品２１３の間に配置され、冷却ライン（Ｃ．Ｌ）と連結されて冷却水が循環し、暖房、冷房、及び除湿モードに応じてモータ２１１と電装品２１３から発生される廃熱源を選択的に利用して冷却水の水温を変化させ、エアコン手段２５０の冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）と連結され流入された冷媒を冷却水と熱交換させる水冷コンデンサ２３０をさらに含む。水冷コンデンサ２３０は、内部に温度センサー（図示せず）が備えられ、温度センサーは、流入された冷却水の水温と冷媒の温度を感知するようになる。
【００３５】
本第２実施形態によるクーリング手段２１０は、ラジエータ２１７とモータ２１１の間で冷却ライン（Ｃ．Ｌ）上に設置され、車両の暖房、冷房及び除湿モードに応じて供給された冷却水をラジエータ２１７またはウォータポンプ２１５に供給するように冷却ライン（Ｃ．Ｌ）をバイパスさせて選択的に連結する第３バルブ２２３をさらに含む。第３バルブ２２３は、制御器２８０により制御され、車両の暖房モード時、冷却水を開閉作動を通じてラジエータ２１７に流入されないように冷却ライン（Ｃ．Ｌ）をバイパスさせ、ウォータポンプ２１５を通じてモータ２１１と電装品２１３を通過させることによって、廃熱源を通じて冷却水の水温を上昇させる機能をするようになる。このような第３バルブ２２３は、冷却水をラジエータ２１７や電装品２１３に供給するように冷却ライン（Ｃ．Ｌ）を選択的に開閉して連結させる３ウェイバルブからなることが好ましい。
【００３６】
エアコン手段２５０は、ＨＶＡＣモジュール（Ｈｅａｔｉｎｇ、Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ、ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）２５１、圧縮器２６１、アキュムレータ２６３、第１、第２バルブ２６５、２６９、第１、第２膨張バルブ２６７、２７１から構成される。そして、ＨＶＡＣモジュール２５１は、冷房、暖房、及び除湿モードに応じて蒸発器２５７を通過した外気が内部凝縮器２５３とＰＣＴヒータ２５５に流入されるように選択的に調節する開閉ドア２５９が内部に備えられる。このような構成を有するエアコン手段２５０は、前述した第１実施形態と同一であるため、以下、詳細な説明は省略する。
【００３７】
また、本第２実施形態によるヒートポンプシステム制御方法は、暖房モードで、第３バルブ２２３の開閉を通じて冷却水をラジエータ２１７に流入させず、冷却ライン（Ｃ．Ｌ）に沿ってモータ２１１、電装品２１３、及び水冷コンデンサ２３０を循環させることによって、廃熱源との熱交換を通じて冷却水の温度をより迅速に昇させることができる。
【００３８】
この第２実施形態によるヒートポンプシステム制御方法は、第３バルブ２２３が作動する暖房モードで、クーリング手段２１０の冷却水循環経路のみが変換されるだけであり、上述した第１実施形態と冷房モード、除湿モードにおける各構成要素の作動及び制御が同一であるため、以下、詳細な説明は省略する。
【００３９】
〔第３実施形態〕
本発明の第３実施形態による車両用ヒートポンプシステムの構成図を図６に示した。本第３実施形態による車両用ヒートポンプシステムは３００は、基本的に車両に設けられて冷却ライン（Ｃ．Ｌ）を通じてモータ３２３と電装品３１３に冷却水を供給及び循環させるクーリング手段３１０と、車両室内の冷暖房を調節するように冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）に連結されるエアコン手段３５０を含む。
【００４０】
この実施形態において、クーリング手段３１０は、車両の前面に配設されてウォータポンプ３１５を通じて冷却ライン（Ｃ．Ｌ）に沿って冷却水を循環させ、供給される冷却水を外気との熱交換を通じて冷却させるラジエータ３１７と、ラジエータ３１７の後方に装着されるクーリングファン３１９を含んで構成される。ここで、ラジエータ３１７は、前方に車両の外部から走行風または外気を選択的に流入させる複数の開閉膜３２１が設置される。各開閉膜３２１は、運転者の選択による車両の暖房モード、冷房モード、及び除湿モードに応じてラジエーター３１７の前面を開放したり閉鎖して外気の流入を調節することによって、ラジエータ３１７の冷却性能を調節するようになる。
【００４１】
そして、本第３実施形態によるヒートポンプシステム３００でクーリング手段３１０は、電装品３１３と並列に配置された状態で、冷却ライン（Ｃ．Ｌ）と相互連結されて冷却水が循環し、車両の暖房、冷房及び除湿モードに応じてモータ３２３と電装品３１３から発生される廃熱源を選択的に利用して冷却水の水温を調節し、エアコン手段３５０の冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）と連結され流入された冷媒を冷却水と熱交換させる水冷コンデンサ３３０をさらに含む。水冷コンデンサ３３０は、内部に温度センサー（図示せず）が備えられ、温度センサーは、流入された冷却水の水温と冷媒の温度を感知するようになる。
【００４２】
エアコン手段３５０は、ＨＶＡＣモジュール（Ｈｅａｔｉｎｇ、Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ、ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）３５１、圧縮器３６１、アキュムレータ３６３、第１、第２バルブ３６５、３６９、第１、第２膨張バルブ３６７、３７１から構成される。そして、ＨＶＡＣモジュール３５１は、冷房、暖房、及び除湿モードに応じて蒸発器３５７を通過した外気が内部凝縮器３５３とＰＣＴヒータ３５５に流入されるように選択的に調節する開閉ドア３５９が内部に備えられる。クーリング手段３１０とエアコン手段３５０は、制御器３８０と連結され、制御器３８０の制御信号によりそれぞれ作動する。エアコン手段３５０は、上述した第１実施形態と同一であるため、以下、詳細な説明は省略する。
【００４３】
また、本第３実施形態によるヒートポンプシステム制御方法は、電装品３１３が水冷コンデンサ１３０と並列に配置され、冷却ライン（Ｃ．Ｌ）を通じて相互連結されて冷却水が循環することが異なるが、上述した第１実施形態の暖房モード、冷房モード、及び除湿モードにおける各構成要素の作動及び制御が同一であるため、以下、より詳細な説明は省略する。一方、本第３実施形態では、ヒートポンプシステム３００は、クーリング手段３１０で電装品３１３と水冷コンデンサ３３０が並列に配置されることを説明したが、これに限定されるものではなく、水冷コンデンサ３３０は電装品３１３ではなくモータ３２３と並列に配置されてもよい。以上、本発明を限定された実施形態と図面により説明したが、本発明はこれにより限定されず、本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１１０、２１０、３１０…クーリング手段
１１１、２１１、３２３…モータ
１１３、２１３、３１３…電装品
１１５、２１５、３１５…ウォータポンプ
１１７、２１７、３１７…ラジエータ
１１９、２１９、３１９…クーリングファン
１２１、２２１、３２１…開閉膜
１３０、２３０、３３０…水冷コンデンサ
１５０、２５０、３５０…エアコン手段
１５１、２５１、３５１…ＨＶＡＣモジュール
１５３、２５３、３５３…内部凝縮器
１５５、２５５、３５５…ＰＴＣヒータ
１５７、２５７、３５７…蒸発器
１５９、２５９、３５９…開閉ドア
１６１、２６１、３６１…圧縮器
１６３、２６３、３６３…アキュムレータ
１６５、２６５、３６５…第１バルブ
１６７、２６７、３６７…第１膨張バルブ
１６９、２６９、３６９…第２バルブ
１７１、２７１、３７１…第２膨張バルブ
１７３…圧力センサー
１８０、２８０、３８０…制御器
２２３…第３バルブ
Ｃ．Ｌ…冷却ライン
Ｒ．Ｌ…冷媒ライン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用ヒートポンプシステム及びその制御方法に関し、より詳しくは、電気自動車に水冷コンデンサを適用し、モータと電装品で発生する廃熱を利用して暖房性能と除湿性能を向上させる車両用ヒートポンプシステム及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に自動車用空気調和装置は、自動車の室内を冷暖房するためのエアコンモジュールを含む。このようなエアコンモジュールは、圧縮器の駆動により吐出される熱交換媒体が凝縮器、レシーバードライヤー、膨張バルブ及び蒸発器を経て再び圧縮器へ循環する過程で蒸発器による熱交換によって自動車の室内を冷房したり、冷却水をヒータに流入して熱交換させることによって室内を暖房するように構成される。一方、最近、エネルギー効率と環境汚染問題に対する関心が日々高まり、内燃機関自動車を実質的に代替することができる親環境自動車の開発が要求されており、このような親環境自動車は、普通燃料電池や電気を動力源として駆動される電気自動車や、エンジンと電気バッテリーを利用して駆動されるハイブリッド自動車に区分される。このような親環境車両のうち、電気自動車には一般車両の空気調和装置とは異なり、別途のヒータが使用されず、電気自動車に適用される空気調和装置を通常ヒートポンプシステムという。このようなヒートポンプシステムは、夏季の冷房モード時には圧縮器から圧縮された高温、高圧の気相冷媒が凝縮器を通じて凝縮された後、レシーバードライヤー及び膨張バルブを経て蒸発器での蒸発を通じて室内の温度及び湿度を低める一般的な原理と同一であるが、冬季の暖房モード時には高温、高圧の気相冷媒をヒータ媒体として利用するという特徴を有している。つまり、電気自動車は、暖房モードで高温、高圧の気相冷媒がバルブを通じて室外凝縮器でない室内凝縮器に流動して吸入された外気との熱交換が行われ、熱交換された外気がＰＣＴ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）ヒータを通過しながら車両の室内に流入されることによって、車両室内温度を高めるようになる。そして、室内凝縮器に流入された高温、高圧の気相冷媒は、吸入された外気との熱交換を通じて凝縮されて再び液冷媒で吐出される。
【０００３】
しかし、上述のような従来のヒートポンプシステムは、外部空気を冷媒との熱交換媒体として利用する空冷式が適用されるところ、圧縮器をはじめとする熱交換機及び各構成要素の構造が複雑になり、全体的なシステムパッケージが複雑になる問題点がある。また、冬季の極低温または低温状態の外気と熱交換された冷媒が室内凝縮器から熱交換されて超低温状態で排出されて外部凝縮器に流入されることによって、外部凝縮器に表面結氷が発生して熱交換媒体の熱交換効率と暖房性能及び効率が低下し、冷房モードから暖房モードへ転換する場合、蒸発器外部に残留した凝縮水により湿度が増加して車両の車窓に湿気がこもるようになる。これを防止するために、外部凝縮器の表面結氷を除去する除霜モードでは、コンプレッサーの作動を中止し、ＰＴＣヒータのみで暖房を行わなければならないことによって、暖房性能が極めて低下すると同時に、電源使用量の増加による暖房負荷の上昇及び暖房走行時に走行距離が短縮される問題点がある。また、室内凝縮器からの液冷媒が圧縮器に吸入される時、気相冷媒に転換せしめる熱源が不足するため圧縮効率が低下し、外気温度が低い場合には暖房性能が顕著に不足し、システムが不安定であるばかりか、液冷媒が圧縮器に流入される時、圧縮器の耐久性が低下する問題点もある。また、車両室内の湿気除去のための別途の除湿モードでは、２ウェイバルブの頻繁な開閉作動による騒音及び振動が発生する問題点も有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１３９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、冷却水を熱交換媒体として使用する水冷コンデンサを適用し、モータと電装品で発生する廃熱源を利用して冷媒と熱交換させることによって、暖房性能及び効率と除湿性能を向上させる車両用ヒートポンプシステム及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明による車両用ヒートポンプシステムは、車両に設けられて冷却ラインを通じてモータと電装品に冷却水を供給及び循環させるクーリング手段と、車両室内の冷暖房を調節するように冷媒ラインにより連結されるエアコン手段とを含む車両用ヒートポンプシステムにおいて、前記クーリング手段は、車両の前面に配設されてウォータポンプを通じて冷却ラインに沿って冷却水を循環させ、供給される冷却水を外気との熱交換を通じて冷却させるラジエータと、前記ラジエータの後方に装着されるクーリングファンとを含み、前記冷却ラインと連結されて冷却水が循環され、各モードに応じて前記モータと電装品から発生される廃熱源を選択的に利用して冷却水の水温を変化させ、前記エアコン手段の冷媒ラインと連結され流入された冷媒を冷却水と熱交換させる水冷コンデンサをさらに含むことを特徴とする。
このような車両用ヒートポンプシステムにおいて、前記ラジエータは、前方に外気を選択的に流入させる複数の開閉膜が設置されることが好ましく、また、前記エアコン手段は、暖房、冷房、及び除湿モードに応じて蒸発器を通過した外気が内部凝縮器とＰＣＴヒータに流入されるように選択的に調節する開閉ドアを内部に備えたＨＶＡＣモジュールと、蒸発器と冷媒ラインを通じて連結され、気体状態の冷媒を圧縮させる圧縮器と、前記圧縮器と蒸発器の間の冷媒ライン上に備えられ、前記圧縮器に気体冷媒のみを供給するアキュムレータと、前記圧縮器から排出される冷媒を車両のモードに応じて前記内部凝縮器に選択的に供給する第１バルブと、前記内部凝縮器を通過した冷媒を供給されて膨張させる第１膨張バルブと、前記第１膨張バルブを通じて膨張された冷媒を、前記蒸発器に供給すると共にアキュムレータに供給する第２バルブと、前記蒸発器と第２バルブの間に備えられ、前記第２バルブの開閉を通じて流入される冷媒を膨張させる第２膨張バルブと、を含むことが好適である。そして、前記第１、第２バルブは、３ウェイバルブからなることが好ましく、また、前記クーリング手段とエアコン手段は、夫々制御器と連結され、前記制御器の制御信号により作動されることが好ましい。さらに、前記クーリング手段は、前記ラジエータとモータの間で前記冷却ライン上に設置され、車両の暖房、冷房及び除湿モードに応じて供給された冷却水を前記ラジエータまたはウォータポンプに供給するように前記冷却ラインをバイパスさせて選択的に連結する第３バルブをさらに含むことが良く、また、前記第３バルブは、３ウェイバルブからなることが好ましい。
【０００７】
また、上記目的を達成するための本発明による他の車両用ヒートポンプシステムは、車両に設けられて冷却ラインを通じてモータと電装品に冷却水を供給及び循環させるクーリング手段と、車両室内の冷暖房を調節するように冷媒ラインにより連結されるエアコン手段とを含む車両用ヒートポンプシステムにおいて、前記クーリング手段は、車両の前面に配設されてウォータポンプを通じて冷却ラインに沿って冷却水を循環させ、供給される冷却水を外気との熱交換を通じて冷却させるラジエータと、前記ラジエータの後方に装着されるクーリングファンとを含み、前記電装品と並列に配置された状態で、前記冷却ラインと相互連結されて冷却水が循環され、各モードに応じて前記モータと電装品から発生される廃熱源を選択的に利用して冷却水の水温を調節し、前記エアコン手段の冷媒ラインと連結され流入された冷媒を冷却水と熱交換させる水冷コンデンサをさらに含むことを特徴とする。
【０００８】
また、上記目的を達成するための本発明の車両用ヒートポンプシステム制御方法は、制御器と連結され、それぞれ冷却ラインを通じて相互連結され、ラジエータ、ウォータポンプ、電装品、及びモータを含むクーリング手段と、それぞれ冷媒ラインを通じて相互連結され、複数のバルブと膨張バルブ、圧縮器、及びアキュムレータと、蒸発器、内部凝縮器、ＰＴＣヒータ、及び開度ドアから構成されたＨＡＶＣモジュールを含むエアコン手段とから構成され、前記冷却ラインと冷媒ラインに連結される水冷コンデンサをさらに含むヒートポンプシステムに適用され、使用者の選択により暖房モード、冷房モード、及び除湿モードでそれぞれ作動させるための車両用ヒートポンプシステム制御方法において、前記暖房モードで、前記クーリング手段は、前記モータと電装品から発生される廃熱源を通じて前記水冷コンデンサに流入された冷却水の温度を上昇させ、前記冷媒ラインを通じて前記水冷コンデンサに流入された冷媒との熱交換を通じて冷媒の温度を上昇させ、前記エアコン手段は、前記水冷コンデンサの内部で前記冷却水との熱交換を通じて温度が上昇した冷媒を第２バルブの開放を通じて冷媒ラインに沿って前記アキュムレータと圧縮器を通過させて高温高圧状態の気体冷媒に圧縮させた状態で、第１バルブの開閉を通じて前記ＨＡＶＣモジュールの内部凝縮器に供給し、前記内部凝縮器を通過した冷媒は、第１膨張バルブを通じて膨張させた状態で、前記水冷コンデンサに供給して循環させ、外部から前記ＨＡＶＣモジュールの蒸発器を通過した外気が前記内部凝縮器を通過するように前記開閉ドアを開放させ、流入された外気が前記内部凝縮器を通過しながらＰＴＣヒータの選択的な作動と共に車両室内を暖房することを特徴とする。
このような車両用ヒートポンプシステム制御方法において、前記暖房モードでは、車両の走行時、前記ラジエータの前面に設置された各開閉膜が閉鎖されて前記ラジエータに走行風の流入を防止することが好ましく、また、前記冷房モードで、前記クーリング手段は、クーリングファンが作動して外気と共にラジエータに流入された冷却水を冷却させ、前記ウォータポンプの作動を通じて前記モータと電装品を冷却させながら前記水冷コンデンサに流入させ、前記水冷コンデンサに流入された低温の冷却水と熱交換を通じて冷媒の温度を低め、前記エアコン手段は、前記水冷コンデンサを通過しながら冷却された低温の冷媒が前記ＨＡＶＣモジュールの蒸発器と連結された第２膨張バルブに流入されるように第２バルブを開放させ、膨張された冷媒を前記蒸発器に供給し、前記蒸発器で外気との熱交換を通じて蒸発された冷媒を排出して前記アキュムレータと圧縮器を経ながら圧縮させた状態で、第１バルブの作動を通じて前記水冷コンデンサと連結された冷媒ラインを開放させて前記水冷コンデンサに循環させ、前記蒸発器に流入された冷媒により前記蒸発器を通過しながら冷却された外気が前記内部凝縮器に流入されないように前記開閉ドアを閉鎖し、冷却された外気を車両の内部に直接流入させて車両室内を冷房することが好適である。そして、前記冷房モードでは、車両の走行時、前記ラジエータの前面に設置された各開閉膜が開放されて前記ラジエータに走行風を流入させることが好ましく、また、前記除湿モードで、前記クーリング手段は、クーリングファンが作動して外気と共にラジエータに流入された冷却水を冷却させ、前記ウォータポンプの作動を通じて前記モータと電装品を冷却させながら前記水冷コンデンサに流入させ、前記水冷コンデンサに流入された低温の冷却水と熱交換を通じて冷媒の温度を低め、前記エアコン手段は、前記水冷コンデンサを通過しながら冷却された低温の冷媒が前記ＨＡＶＣモジュールの蒸発器と連結された第２膨張バルブに流入されるように第２バルブを開放させ、膨張された冷媒を前記蒸発器に供給し、前記蒸発器で外気との熱交換を通じて蒸発された冷媒を排出して前記アキュムレータと圧縮器を経ながら圧縮させた状態で、第１バルブの作動を通じて前記内部凝縮器と連結された冷媒ラインを開放させて前記内部凝縮器に冷媒を供給し、前記内部凝縮器を通過した冷媒は、第１膨張バルブを通じて膨張させた状態で、前記水冷コンデンサに供給して循環させ、外部から前記ＨＡＶＣモジュールの蒸発器を通過しながら冷却された外気が前記内部凝縮器を通過するように前記開閉ドアを開放させ、流入された外気が前記内部凝縮器とＰＴＣヒータを通過しながら車両室内を除湿することが好ましい。さらに、前記除湿モードは、前記制御器が前記第１、第２膨張バルブの開度量の調節を通じて冷媒の膨張量を調節することが好ましく、また、前記暖房モード、冷房モード、及び除湿モードは、前記制御器が前記モータと電装品から発生される廃熱源の温度状態と、冷却水と冷媒の温度状態に応じて、前記クーリングファンの風量とウォータポンプの流量を制御することが好適である。
【発明の効果】
【０００９】
上述した本発明による車両用ヒートポンプシステム及びその制御方法によれば、冷却水を熱交換媒体として使用する水冷コンデンサを適用し、モータと電装品で発生する廃熱源を利用して冷媒と熱交換させることによって、全体的な暖房性能及び効率と除湿性能を向上させ、極低温時に外部に設置された前記水冷コンデンサの外部積霜を防止する効果がある。また、暖房モードで極低温時のアイドル状態及び走行条件では、ＰＴＣヒータと共に全体的なシステムを同時に駆動させることによって、電源使用量が増加することを防止して暖房負荷を減少させ、走行距離を増加させる長所がある。そして、車両の冷房モードでは、冷却水を低温の冷媒と熱交換させて水温を低めることができるため、冷房性能を向上させることができ、除湿モードでは、３ウェイバルブを通じて頻繁な開閉作動を減らしてバルブ開閉作動による騒音及び振動発生を低減させることができる。また、水冷コンデンサを適用して冷媒との熱交換媒体として冷却水を使用することによって、各構成要素の構造を簡素化すると同時に、一つのラジエータでモータと電装品を冷却させることができるため、全体的なシステムパッケージの縮小及びラジエータの効率を向上させる長所がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態による車両用ヒートポンプシステムの構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態による車両用ヒートポンプシステムの暖房モードの作動状態図である。
【図３】本発明の第１実施形態による車両用ヒートポンプシステムの冷房モードの作動状態図である。
【図４】本発明の第１実施形態による車両用ヒートポンプシステムの除湿モードの作動状態図である。
【図５】本発明の第２実施形態による車両用ヒートポンプシステムの構成図である。
【図６】本発明の第３実施形態による車両用ヒートポンプシステムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。本明細書に記載した実施形態と図面に示された構成は、本発明の最も好適な一実施形態に過ぎず、本発明の技術的な思想を全て代弁するのではないため、本出願時点においてこれらを代替できる多様な均等物と変形例があり得る。
【００１２】
〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態による車両用ヒートポンプシステムの構成図を図１に示した。本実施形態による車両用ヒートポンプシステム１００及びその制御方法は、冷却水を熱交換媒体として使用する水冷コンデンサ１３０を適用し、モータ１１１と電装品１１３で発生する廃熱源を利用して冷媒と熱交換させることによって、暖房性能及び効率と除湿性能を向上させ、極低温時には外部積霜を防止すると同時に、暖房負荷を減少させて走行距離を増加させるようにする。このために、本実施形態による車両用ヒートポンプシステム１００は、図１に示したように、基本的に車両に設けられて冷却ライン（Ｃｏｌｌｉｎｇ Ｌｉｎｅ：以下、「Ｃ．Ｌ」と略記する場合がある）を通じてモータ１１１と電装品１１３に冷却水を供給及び循環させるクーリング手段１１０と、車両室内の冷暖房を調節するように冷媒ライン（Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ Ｌｉｎｅ：以下、「Ｒ．Ｌ」と略記する場合がある）に連結されるエアコン手段１５０を含む。
【００１３】
本第１実施形態において、クーリング手段１１０は、車両の前面に配設されてウォータポンプ１１５を通じて冷却ライン（Ｃ．Ｌ）に沿って冷却水を循環させ、供給される冷却水を外気との熱交換を通じて冷却させるラジエータ１１７と、ラジエータ１１７の後方に装着されるクーリングファン１１９を含んで構成される。ここで、ラジエータ１１７は、前方に車両の外部から走行風または外気を選択的に流入させる複数の開閉膜１２１が設置される。各開閉膜１２１は、運転者の選択による車両の暖房モード、冷房モード、及び除湿モードに応じてラジエーター１１７の前面を開放したり閉鎖して外気の流入を調節することによって、ラジエータ１１７の冷却性能を調節するようになる。
【００１４】
そして、本実施形態によるヒートポンプシステム１００は、モータ１１１と電装品１１３の間に配置され、冷却ライン（Ｃ．Ｌ）と連結されて冷却水が循環し、暖房、冷房、及び除湿モードに応じてモータ１１１と電装品１１３から発生される廃熱源を選択的に利用して冷却水の水温を変化させ、エアコン手段１５０の冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）と連結され流入された冷媒を冷却水と熱交換させる水冷コンデンサ１３０をさらに含む。水冷コンデンサ１３０は、内部に温度センサー（図示せず）が備えられ、温度センサーは、流入された冷却水の水温と冷媒の温度を感知するようになる。
【００１５】
本第１実施形態において、エアコン手段１５０は、ＨＶＡＣ（Ｈｅａｔｉｎｇ、Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ、ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）モジュール１５１、圧縮器１６１、アキュムレータ１６３、第１、第２バルブ１６５、１６９、第１、第２膨張バルブ１６７、１７１から構成され、これを各構成別により詳しく説明する。
【００１６】
ＨＶＡＣモジュール１５１は温湿度、換気などを含む空調（機能）を実際に調節するためのモジュールであり、冷房、暖房、及び除湿モードに応じて蒸発器１５７を通過した外気が内部凝縮器１５３とＰＣＴヒータ１５５に流入されるように選択的に調節する開閉ドア１５９が内部に備えられる。つまり、開閉ドア１５９は、車両の暖房時、蒸発器１５７を通過した外気が内部凝縮器１５３とＰＣＴヒータ１５５に流入されるように開放され、冷房時には、蒸発器１５７を通過しながら冷却された外気が車両内部に直ちに流入されるように内部凝縮器１５３とＰＣＴヒータ１５５側を閉鎖するようになる。
【００１７】
圧縮器１６１は、蒸発器１５７と冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）を通じて連結され、気体状態の冷媒を圧縮させるようになる。アキュムレータ１６３は、圧縮器１６１と蒸発器１５７の間で冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）上に備えられ、圧縮器１６１に気体冷媒のみを供給するように内部に液体冷媒を貯蔵後、貯蔵された液体冷媒を気化させて再び圧縮器１６１に気体冷媒を供給して圧縮器１６１の効率及び耐久性を向上させるようになる。
【００１８】
この実施形態において、第１バルブ１６５は、圧縮器１６１から排出される冷媒を車両のモードに応じて内部凝縮器１５３に選択的に供給し、第１膨張バルブ１６７は、内部凝縮器１５３を通過した冷媒を供給されて膨張させるようになる。ここで、圧縮器１６１と第１バルブ１６５の間で冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）上には圧力センサー１７３が装着され、圧縮器１６１から圧縮された状態で排出する冷媒の圧力を感知するようになる。
【００１９】
第２バルブ１６９は、第１膨張バルブ１６７を通じて膨張した冷媒や第１バルブ１６５の作動を通じて水冷コンデンサ１３０を通過した冷媒を蒸発器１５７に供給したりアキュムレータ１６３に選択的に供給するようになる。
【００２０】
そして、第２膨張バルブ１７１は、蒸発器１５７と第２バルブ１６９の間に備えられ、第２バルブ１６９の開閉を通じて流入される冷媒を膨張させて蒸発器１５７に供給するようになる。ここで、第１バルブ１６５は、冷媒を内部凝縮器１５３や水冷コンデンサ１３０に供給し、第２バルブ１６９は、冷媒をアキュムレータ１６３や第２膨張バルブ１７１に供給するように前記冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）を選択的に開閉して連結させる３ウェイバルブからなることが好ましい。
【００２１】
このような構成を有するクーリング手段１１０とエアコン手段１５０は、それぞれ制御器１８０と連結され、制御器１８０の制御信号により作動される。つまり、制御器１８０は、使用者の選択による車両の暖房モード、冷房モード、及び除湿モードと、水冷コンデンサ１３０の温度センサーから出力された信号によって、クーリング手段１１０のクーリングファン１１９、ウォータポンプ１１５、及び開閉膜１２１を制御するようになる。また、制御器１８０は、車両のモードに応じてエアコン手段１５０でＨＶＡＣモジュール１５１の開閉ドア１５９の開閉作動を制御すると同時に、各バルブ１６５、１６９の開閉作動を制御し、第１、第２膨張バルブ１６７、１７１を制御して冷媒の膨張量を制御するようになる。
【００２２】
以下、第１実施形態による車両用ヒータポンプシステムの作動及び制御方法を図２乃至図４を通じて具体的に説明する。図２乃至図４は、第１実施形態による車両用ヒートポンプシステムの暖房モード、冷房モード、及び除湿モードの作動状態図である。
【００２３】
まず、ヒートポンプシステム１００の暖房モード時の作動及び制御方法を図２を参照して説明する。暖房モードで、クーリング手段１１０は、モータ１１１と電装品１１３から発生される廃熱源を利用して冷却ライン（Ｃ．Ｌ）に沿って水冷コンデンサ１３０に流入された冷却水の温度を上昇させるようになる。この時、ラジエータ１１７の前面に設置された各開閉膜１２１は、制御器１８０の制御信号により閉鎖された状態になり、ラジエータ１１７に走行風の流入が防止され、同時に、クーリングファン１１９も作動が中止されたり風速が低下することによって、ラジエータ１１７に流入された冷却水の冷却が防止される。このような状態で、水冷コンデンサ１３０は、冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）を通じて流入された冷媒との熱交換を通じて冷媒の温度を上昇させるようになる。ここで、制御器１８０は、水冷コンデンサ１３０に装着された温度センサーを通じて冷却水と冷媒の温度を判断し、モータ１１１と電装品１１３から発生される廃熱源の温度状態、冷却水の温度状態、及び冷媒の圧力状態に応じて、ウォータポンプ１１５の流量を制御したりクーリングファン１１９の風量を制御するようになる。
【００２４】
そして、エアコン手段１５０は、水冷コンデンサ１３０の内部で冷却水との熱交換を通じて温度が上昇した冷媒を第２バルブ１６９の開放を通じて冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）に沿って前記アキュムレータ１６３と圧縮器１６１を通過させる。これによって、冷媒は、圧縮器１６１を通過しながら高温高圧状態の気体冷媒で圧縮された状態で、内部凝縮器１５３と連結された冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）が第１バルブ１６５により開放されて内部凝縮器１５３に流入される。ここで、圧縮器１６１と第１バルブ１６５の間で冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）上に装着された圧力センサー１７３は、圧縮器１６１から排出される冷媒の圧力を測定して制御器１８０にその測定値を出力するようになる。制御器１８０は、圧力センサー１７３から出力された測定値に基づいて冷媒の圧力を判断し、要求された車両状態に応じて第１バルブ１６５の開度量を調節するようになる。
【００２５】
内部凝縮器１５３を通過した冷媒は、第１膨張バルブ１６７を通じて膨張された状態で冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）に沿って水冷コンデンサ１３０に流入され、前述した作動の反復を通じて冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）に沿って循環するようになる。つまり、暖房モードで高温高圧状態の気体冷媒が内部凝縮器１５３に供給されると、制御器１８０は、外部からＨＡＶＣモジュール１５１の蒸発器１５７を通過した外気が内部凝縮器１５３を通過するように開閉ドア１５９を開放させるようになる。これによって、外部から流入された外気は、冷媒が供給されていない蒸発器１５７を通過時、冷却されていない室温状態で流入され、内部凝縮器１５３を通過しながら高温状態に変換されてＰＴＣヒータ１５５の選択的な作動と共に車両室内に供給されることによって、暖房が行われるようになる。
【００２６】
本実施形態において、ヒートポンプシステム１００の冷房モード時の作動及び制御方法を図３を参照して説明する。まず、冷房モードで、クーリング手段１１０は、図３に示したように、制御器１８０によりクーリングファン１１９が作動して外気と共にラジエータ１１７に流入された冷却水を冷却させるようになる。この時、各開閉膜１２１は、ラジエータ１１７に走行風及び外気が流入されるように制御器１８０の制御信号により開放された状態になり、ラジエータ１１７の冷却効率が増加する。
【００２７】
このような状態で、冷却された冷却水は、ウォータポンプ１１５の作動を通じて冷却ライン（Ｃ．Ｌ）に沿って循環してモータ１１１と電装品１１３を冷却させながら水冷コンデンサ１３０に流入され、水冷コンデンサ１３０に流入された低温の冷却水と熱交換を通じて冷媒の温度を低めるようになる。ここで、制御器１８０は、水冷コンデンサ１３０に装着された温度センサーを通じて冷却水と冷媒の温度を判断し、モータ１１１と電装品１１３から発生される廃熱源の温度状態、冷却水の温度状態、及び冷媒の圧力状態に応じて、ウォータポンプ１１５の流量を制御したりクーリングファン１１９の風量を制御するようになる。
【００２８】
エアコン手段１５０は、水冷コンデンサ１３０を通過しながら低温状態の冷却水との熱交換を通じて冷却された低温の冷媒を前記ＨＡＶＣモジュール１５１の蒸発器１５７と連結された第２膨張バルブ１７１に流入されるように第２バルブ１６９の作動を通じて冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）を開放するようになる。そうすると、第２膨張バルブ１７１に流入された低温の冷媒は、膨張された状態で、冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）に沿って蒸発器１５７に供給される。その後、冷媒は、蒸発器１５７で外気との熱交換を通じて蒸発し、冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）に沿ってアキュムレータ１６３と圧縮器１６１を経ながら圧縮される。このような状態で、冷媒は、第１バルブ１６５の作動を通じて水冷コンデンサ１３０と連結された冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）を開放させて水冷コンデンサ１３０に流入され、前述した作動を反復的に行いながら冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）に沿って循環するようになる。ここで、ＨＶＡＣモジュール１５１に流入される外気は、蒸発器１５７に流入された低温状態の冷媒により蒸発器１５７を通過しながら冷却される。この時、開閉ドア１５９は、冷却された外気が内部凝縮器１５３とＰＴＣヒータ１５５を通過しないように内部凝縮器１５３へ通過する部分を閉鎖し、冷却された外気を車両の内部に直接流入させることによって冷房が行われるようになる。
【００２９】
ヒートポンプシステム１００の除湿モード時の作動及び制御方法を図４を参照して説明する。まず、除湿モードで、クーリング手段１１０は、制御器１８０によりクーリングファン１１９が作動して外気と共にラジエータ１１７に流入された冷却水を冷却させるようになる。この時、各開閉膜１２１は、ラジエータ１１７に走行風及び外気が流入されるように制御器１８０の制御信号により開放された状態になり、ラジエータ１１７の冷却効率が増加する。このような状態で、冷却された冷却水は、ウォータポンプ１１５の作動を通じて冷却ライン（Ｃ．Ｌ）に沿って循環してモータ１１１と電装品１１３を冷却させながら水冷コンデンサ１３０に流入され、水冷コンデンサ１３０に流入された低温の冷却水と熱交換を通じて冷媒の温度を低めるようになる。ここで、制御器１８０は、水冷コンデンサ１３０に装着された温度センサーを通じて冷却水と冷媒の温度を判断し、モータ１１１と電装品１１３から発生される廃熱源の温度状態、冷却水の温度状態、及び冷媒の圧力状態に応じて、ウォータポンプ１１５の流量を制御したりクーリングファン１１９の風量を制御するようになる。
【００３０】
エアコン手段１５０は、水冷コンデンサ１３０を通過しながら低温状態の冷却水との熱交換を通じて冷却された低温の冷媒をＨＡＶＣモジュール１５１の蒸発器１５７と連結された第２膨張バルブ１７１に流入するように第２バルブ１６９の作動を通じて冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）を開放するようになる。そうすると、第２膨張バルブ１７１に流入された低温の冷媒は、膨張された状態で、冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）に沿って蒸発器１５７に供給される。その後、冷媒は、蒸発器１５７で外気との熱交換を通じて蒸発し、冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）に沿ってアキュムレータ１６３と圧縮器１６１を通過しながら高温高圧状態の気体冷媒と圧縮される。圧縮された気体冷媒は、内部凝縮器１５３と連結された冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）が第１バルブ１６５により開放されて内部凝縮器１５３に供給される。ここで、圧縮器１６１と第１バルブ１６５の間で冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）上に装着された圧力センサー１７３は、圧縮器１６１から排出される冷媒の圧力を測定して制御器１８０にその測定値を出力するようになる。
【００３１】
制御器１８０は、圧力センサー１７３から出力された測定値に基づいて冷媒の圧力を判断し、要求された車両状態に応じて第１バルブ１６５の開度量を調節するようになる。そして、内部凝縮器１５３を通過した冷媒は、第１膨張バルブ１６７を通じて膨張された状態で前記冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）に沿って水冷コンデンサ１３０に流入され、前述した作動を反復的に行いながら冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）に沿って循環するようになる。この場合、制御器１８０は、第１、第２膨張バルブ１６７、１７１の開度量の調節を通じて冷媒の膨張量を調節するようになる。ここで、ＨＶＡＣモジュール１５１に流入される外気は、蒸発器１５７に流入された低温状態の冷媒により蒸発器１５７を通過しながら冷却される。この時、開閉ドア１５９は、冷却された外気が内部凝縮器１５３を通過するように内部凝縮器１５３と連結された部分を開放させるようになり、流入された外気は蒸発器１５７を通過しながら除湿された後、内部凝縮器１５３を通じて加熱されて車両内部に流入されることによって、車両の室内を除湿するようになる。
【００３２】
第１実施形態による車両用ヒートポンプシステム制御方法を説明するに当たり、暖房モードで外気と共にＰＴＣヒータ１５５が作動されることを説明したが、これに限定されるものではなく、使用者の選択による暖房温度設定に応じてＰＴＣヒータ１５５の作動有無を選択して実現することができる。したがって、上述した本第１実施形態による車両用ヒートポンプシステム１００及びその制御方法によれば、冷却水を熱交換媒体として使用する水冷コンデンサ１３０を適用し、モータ１１１と電装品１１３で発生する廃熱源を利用して冷媒と熱交換させることによって、全体的な暖房性能及び効率と除湿性能を向上させ、極低温時に外部に設置された前記水冷コンデンサ１３０の外部積霜を防止することができる。また、暖房モードで極低温時のアイドル状態及び走行条件では、ＰＴＣヒータ１５５と共に全体的なシステムを同時に駆動させることによって、電源使用量が増加することを防止して暖房負荷を減少させ、走行距離を増加させることができる。そして、車両の冷房モードでは、冷却水を低温の冷媒と熱交換させて水温を低めることができるため、冷房性能を向上させることができ、除湿モードでは、第１、第２バルブ１６５、１６９が３ウェイバルブとして適用されることによって、頻繁な開閉作動を減らしてバルブ開閉作動による騒音及び振動発生を低減させることができる。また、水冷コンデンサ１３０を適用し、冷媒との熱交換媒体として冷却水を使用することによって、各構成要素の構造を簡素化すると同時に、一つのラジエータ１１７でモータ１１１と電装品１１３を冷却させることができるため、全体的なシステムパッケージの縮小及びラジエータ１１７の効率を向上させることができる。
【００３３】
〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態による車両用ヒートポンプシステムの構成図を図５に示した。本第２実施形態による車両用ヒートポンプシステム２００は、基本的に車両に構成されて冷却ライン（Ｃ．Ｌ）を通じてモータ２１１と電装品２１３に冷却水を供給及び循環させるクーリング手段２１０と、車両室内の冷暖房を調節するように冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）に連結されるエアコン手段２５０を含む。
【００３４】
この実施形態において、クーリング手段２１０は、車両の前面に構成されてウォータポンプ２１５を通じて冷却ライン（Ｃ．Ｌ）に沿って冷却水を循環させ、供給される冷却水を外気との熱交換を通じて冷却させるラジエータ２１７と、ラジエータ２１７の後方に装着されるクーリングファン２１９を含んで構成される。ここで、ラジエータ２１７は、前方に車両の外部から走行風または外気を選択的に流入させる複数の開閉膜２２１が設置される。各開閉膜２２１は、運転者の選択による車両の暖房モード、冷房モード、及び除湿モードに応じてラジエーター２１７の前面を開放したり閉鎖して外気の流入を調節することによって、ラジエータ２１７の冷却性能を調節するようになる。そして、本実施形態によるヒートポンプシステム２００は、モータ２１１と電装品２１３の間に配置され、冷却ライン（Ｃ．Ｌ）と連結されて冷却水が循環し、暖房、冷房、及び除湿モードに応じてモータ２１１と電装品２１３から発生される廃熱源を選択的に利用して冷却水の水温を変化させ、エアコン手段２５０の冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）と連結され流入された冷媒を冷却水と熱交換させる水冷コンデンサ２３０をさらに含む。水冷コンデンサ２３０は、内部に温度センサー（図示せず）が備えられ、温度センサーは、流入された冷却水の水温と冷媒の温度を感知するようになる。
【００３５】
本第２実施形態によるクーリング手段２１０は、ラジエータ２１７とモータ２１１の間で冷却ライン（Ｃ．Ｌ）上に設置され、車両の暖房、冷房及び除湿モードに応じて供給された冷却水をラジエータ２１７またはウォータポンプ２１５に供給するように冷却ライン（Ｃ．Ｌ）をバイパスさせて選択的に連結する第３バルブ２２３をさらに含む。第３バルブ２２３は、制御器２８０により制御され、車両の暖房モード時、冷却水を開閉作動を通じてラジエータ２１７に流入されないように冷却ライン（Ｃ．Ｌ）をバイパスさせ、ウォータポンプ２１５を通じてモータ２１１と電装品２１３を通過させることによって、廃熱源を通じて冷却水の水温を上昇させる機能をするようになる。このような第３バルブ２２３は、冷却水をラジエータ２１７や電装品２１３に供給するように冷却ライン（Ｃ．Ｌ）を選択的に開閉して連結させる３ウェイバルブからなることが好ましい。
【００３６】
エアコン手段２５０は、ＨＶＡＣモジュール（Ｈｅａｔｉｎｇ、Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ、ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）２５１、圧縮器２６１、アキュムレータ２６３、第１、第２バルブ２６５、２６９、第１、第２膨張バルブ２６７、２７１から構成される。そして、ＨＶＡＣモジュール２５１は、冷房、暖房、及び除湿モードに応じて蒸発器２５７を通過した外気が内部凝縮器２５３とＰＣＴヒータ２５５に流入されるように選択的に調節する開閉ドア２５９が内部に備えられる。このような構成を有するエアコン手段２５０は、前述した第１実施形態と同一であるため、以下、詳細な説明は省略する。
【００３７】
また、本第２実施形態によるヒートポンプシステム制御方法は、暖房モードで、第３バルブ２２３の開閉を通じて冷却水をラジエータ２１７に流入させず、冷却ライン（Ｃ．Ｌ）に沿ってモータ２１１、電装品２１３、及び水冷コンデンサ２３０を循環させることによって、廃熱源との熱交換を通じて冷却水の温度をより迅速に昇させることができる。
【００３８】
この第２実施形態によるヒートポンプシステム制御方法は、第３バルブ２２３が作動する暖房モードで、クーリング手段２１０の冷却水循環経路のみが変換されるだけであり、上述した第１実施形態と冷房モード、除湿モードにおける各構成要素の作動及び制御が同一であるため、以下、詳細な説明は省略する。
【００３９】
〔第３実施形態〕
本発明の第３実施形態による車両用ヒートポンプシステムの構成図を図６に示した。本第３実施形態による車両用ヒートポンプシステムは３００は、基本的に車両に設けられて冷却ライン（Ｃ．Ｌ）を通じてモータ３２３と電装品３１３に冷却水を供給及び循環させるクーリング手段３１０と、車両室内の冷暖房を調節するように冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）に連結されるエアコン手段３５０を含む。
【００４０】
この実施形態において、クーリング手段３１０は、車両の前面に配設されてウォータポンプ３１５を通じて冷却ライン（Ｃ．Ｌ）に沿って冷却水を循環させ、供給される冷却水を外気との熱交換を通じて冷却させるラジエータ３１７と、ラジエータ３１７の後方に装着されるクーリングファン３１９を含んで構成される。ここで、ラジエータ３１７は、前方に車両の外部から走行風または外気を選択的に流入させる複数の開閉膜３２１が設置される。各開閉膜３２１は、運転者の選択による車両の暖房モード、冷房モード、及び除湿モードに応じてラジエーター３１７の前面を開放したり閉鎖して外気の流入を調節することによって、ラジエータ３１７の冷却性能を調節するようになる。
【００４１】
そして、本第３実施形態によるヒートポンプシステム３００でクーリング手段３１０は、電装品３１３と並列に配置された状態で、冷却ライン（Ｃ．Ｌ）と相互連結されて冷却水が循環し、車両の暖房、冷房及び除湿モードに応じてモータ３２３と電装品３１３から発生される廃熱源を選択的に利用して冷却水の水温を調節し、エアコン手段３５０の冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）と連結され流入された冷媒を冷却水と熱交換させる水冷コンデンサ３３０をさらに含む。水冷コンデンサ３３０は、内部に温度センサー（図示せず）が備えられ、温度センサーは、流入された冷却水の水温と冷媒の温度を感知するようになる。
【００４２】
エアコン手段３５０は、ＨＶＡＣモジュール（Ｈｅａｔｉｎｇ、Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ、ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）３５１、圧縮器３６１、アキュムレータ３６３、第１、第２バルブ３６５、３６９、第１、第２膨張バルブ３６７、３７１から構成される。そして、ＨＶＡＣモジュール３５１は、冷房、暖房、及び除湿モードに応じて蒸発器３５７を通過した外気が内部凝縮器３５３とＰＣＴヒータ３５５に流入されるように選択的に調節する開閉ドア３５９が内部に備えられる。クーリング手段３１０とエアコン手段３５０は、制御器３８０と連結され、制御器３８０の制御信号によりそれぞれ作動する。エアコン手段３５０は、上述した第１実施形態と同一であるため、以下、詳細な説明は省略する。
【００４３】
また、本第３実施形態によるヒートポンプシステム制御方法は、電装品３１３が水冷コンデンサ１３０と並列に配置され、冷却ライン（Ｃ．Ｌ）を通じて相互連結されて冷却水が循環することが異なるが、上述した第１実施形態の暖房モード、冷房モード、及び除湿モードにおける各構成要素の作動及び制御が同一であるため、以下、より詳細な説明は省略する。一方、本第３実施形態では、ヒートポンプシステム３００は、クーリング手段３１０で電装品３１３と水冷コンデンサ３３０が並列に配置されることを説明したが、これに限定されるものではなく、水冷コンデンサ３３０は電装品３１３ではなくモータ３２３と並列に配置されてもよい。以上、本発明を限定された実施形態と図面により説明したが、本発明はこれにより限定されず、本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１１０、２１０、３１０…クーリング手段
１１１、２１１、３２３…モータ
１１３、２１３、３１３…電装品
１１５、２１５、３１５…ウォータポンプ
１１７、２１７、３１７…ラジエータ
１１９、２１９、３１９…クーリングファン
１２１、２２１、３２１…開閉膜
１３０、２３０、３３０…水冷コンデンサ
１５０、２５０、３５０…エアコン手段
１５１、２５１、３５１…ＨＶＡＣモジュール
１５３、２５３、３５３…内部凝縮器
１５５、２５５、３５５…ＰＴＣヒータ
１５７、２５７、３５７…蒸発器
１５９、２５９、３５９…開閉ドア
１６１、２６１、３６１…圧縮器
１６３、２６３、３６３…アキュムレータ
１６５、２６５、３６５…第１バルブ
１６７、２６７、３６７…第１膨張バルブ
１６９、２６９、３６９…第２バルブ
１７１、２７１、３７１…第２膨張バルブ
１７３…圧力センサー
１８０、２８０、３８０…制御器
２２３…第３バルブ
Ｃ．Ｌ…冷却ライン
Ｒ．Ｌ…冷媒ライン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に設けられて冷却ラインを通じてモータと電装品に冷却水を供給及び循環させるクーリング手段と、車両室内の冷暖房を調節するように冷媒ラインにより連結されるエアコン手段とを含む車両用ヒートポンプシステムにおいて、
前記クーリング手段は、車両の前面に配設されてウォータポンプを通じて冷却ラインに沿って冷却水を循環させ、供給される冷却水を外気との熱交換を通じて冷却させるラジエータと、前記ラジエータの後方に装着されるクーリングファンとを含み、
前記冷却ラインと連結されて冷却水が循環され、各モードに応じて前記モータと電装品から発生される廃熱源を選択的に利用して冷却水の水温を変化させ、前記エアコン手段の冷媒ラインと連結され流入された冷媒を冷却水と熱交換させる水冷コンデンサをさらに含むことを特徴とする車両用ヒートポンプシステム。
【請求項２】
前記ラジエータは、前方に外気を選択的に流入させる複数の開閉膜が設置されることを特徴とする請求項１に記載の車両用ヒートポンプシステム。
【請求項３】
前記エアコン手段は、
暖房、冷房、及び除湿モードに応じて蒸発器を通過した外気が内部凝縮器とＰＣＴヒータに流入されるように選択的に調節する開閉ドアを内部に備えたＨＶＡＣモジュールと、
前記蒸発器と冷媒ラインを通じて連結され、気体状態の冷媒を圧縮させる圧縮器と、
前記圧縮器と蒸発器の間で冷媒ライン上に備えられ、前記圧縮器に気体冷媒のみを供給するアキュムレータと、
前記圧縮器から排出される冷媒を車両のモードに応じて前記内部凝縮器に選択的に供給する第１バルブと、
前記内部凝縮器を通過した冷媒を供給されて膨張させる第１膨張バルブと、
前記第１膨張バルブを通じて膨張された冷媒を前記蒸発器に供給したりアキュムレータに供給する第２バルブと、
前記蒸発器と第２バルブの間に備えられ、前記第２バルブの開閉を通じて流入される冷媒を膨張させる第２膨張バルブと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の車両用ヒートポンプシステム。
【請求項４】
前記第１、第２バルブは、３ウェイバルブからなることを特徴とする請求項３に記載の車両用ヒートポンプシステム。
【請求項５】
前記クーリング手段とエアコン手段は、それぞれ制御器と連結され、前記制御器の制御信号により作動されることを特徴とする請求項１に記載の車両用ヒートポンプシステム。
【請求項６】
前記クーリング手段は、前記ラジエータとモータの間で前記冷却ライン上に設置され、車両の暖房、冷房及び除湿モードに応じて供給された冷却水を前記ラジエータまたはウォータポンプに供給するように前記冷却ラインをバイパスさせて選択的に連結する第３バルブをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の車両用ヒートポンプシステム。
【請求項７】
前記第３バルブは、３ウェイバルブからなることを特徴とする請求項６に記載の車両用ヒートポンプシステム。
【請求項８】
車両に設けられて冷却ラインを通じてモータと電装品に冷却水を供給及び循環させるクーリング手段と、車両室内の冷暖房を調節するように冷媒ラインにより連結されるエアコン手段とを含む車両用ヒートポンプシステムにおいて、
前記クーリング手段は、車両の前面に配設されてウォータポンプを通じて冷却ラインに沿って冷却水を循環させ、供給される冷却水を外気との熱交換を通じて冷却させるラジエータと、前記ラジエータの後方に装着されるクーリングファンと、を含み、
前記電装品と並列に配置された状態で、前記冷却ラインと相互連結されて冷却水が循環され、各モードに応じて前記モータと電装品から発生される廃熱源を選択的に利用して冷却水の水温を調節し、前記エアコン手段の冷媒ラインと連結され流入された冷媒を冷却水と熱交換させる水冷コンデンサをさらに含むことを特徴とする車両用ヒートポンプシステム。
【請求項９】
制御器と連結され、それぞれ冷却ラインを通じて相互連結され、ラジエータ、ウォータポンプ、電装品、及びモータを含むクーリング手段と、それぞれ冷媒ラインを通じて相互連結され、複数のバルブと膨張バルブ、圧縮器、及びアキュムレータと、蒸発器、内部凝縮器、ＰＴＣヒータ、及び開度ドアから構成されたＨＡＶＣモジュールを含むエアコン手段とから構成され、前記冷却ラインと冷媒ラインに連結される水冷コンデンサをさらに含むヒートポンプシステムにおいて、使用者の選択により暖房モード、冷房モード、及び除湿モードでそれぞれ作動させるための車両用ヒートポンプシステム制御方法において、
前記暖房モードで、前記クーリング手段は、
前記モータと電装品から発生される廃熱源を通じて前記水冷コンデンサに流入された冷却水の温度を上昇させ、前記冷媒ラインを通じて前記水冷コンデンサに流入された冷媒との熱交換を通じて冷媒の温度を上昇させ、
前記エアコン手段は、
前記水冷コンデンサの内部で前記冷却水との熱交換を通じて温度が上昇した冷媒を第２バルブの開放を通じて冷媒ラインに沿って前記アキュムレータと圧縮器を通過させて高温高圧状態の気体冷媒に圧縮させた状態で、第１バルブの開閉を通じて前記ＨＡＶＣモジュールの内部凝縮器に供給し、
前記内部凝縮器を通過した冷媒は、第１膨張バルブを通じて膨張させた状態で、前記水冷コンデンサに供給して循環させ、外部から前記ＨＡＶＣモジュールの蒸発器を通過した外気が前記内部凝縮器を通過するように前記開閉ドアを開放させ、流入された外気が前記内部凝縮器を通過しながらＰＴＣヒータの選択的な作動と共に車両室内を暖房することを特徴とする車両用ヒートポンプシステム制御方法。
【請求項１０】
前記暖房モードでは、
車両の走行時、前記ラジエータの前面に設置された各開閉膜が閉鎖されて前記ラジエータに走行風の流入を防止することを特徴とする請求項９に記載の車両用ヒートポンプシステム制御方法。
【請求項１１】
前記冷房モードで、前記クーリング手段は、
クーリングファンが作動して外気と共にラジエータに流入された冷却水を冷却させ、前記ウォータポンプの作動を通じて前記モータと電装品を冷却させながら前記水冷コンデンサに流入させ、前記水冷コンデンサに流入された低温の冷却水と熱交換を通じて冷媒の温度を低め、
前記エアコン手段は、
前記水冷コンデンサを通過しながら冷却された低温の冷媒が前記ＨＡＶＣモジュールの蒸発器と連結された第２膨張バルブに流入されるように第２バルブを開放させ、膨張された冷媒を前記蒸発器に供給し、
前記蒸発器で外気との熱交換を通じて蒸発された冷媒を排出して前記アキュムレータと圧縮器を経ながら圧縮させた状態で、第１バルブの作動を通じて前記水冷コンデンサと連結された冷媒ラインを開放させて前記水冷コンデンサに循環させ、
前記蒸発器に流入された冷媒により前記蒸発器を通過しながら冷却された外気が前記内部凝縮器に流入されないように前記開閉ドアを閉鎖し、冷却された外気を車両の内部に直接流入させて車両室内を冷房することを特徴とする請求項９に記載の車両用ヒートポンプシステム制御方法。
【請求項１２】
前記冷房モードでは、
車両の走行時、前記ラジエータの前面に設置された各開閉膜が開放されて前記ラジエータに走行風を流入させることを特徴とする請求項１１に記載の車両用ヒートポンプシステム制御方法。
【請求項１３】
前記除湿モードで、前記クーリング手段は、
クーリングファンが作動して外気と共にラジエータに流入された冷却水を冷却させ、前記ウォータポンプの作動を通じて前記モータと電装品を冷却させながら前記水冷コンデンサに流入させ、前記水冷コンデンサに流入された低温の冷却水と熱交換を通じて冷媒の温度を低め、
前記エアコン手段は、
前記水冷コンデンサを通過しながら冷却された低温の冷媒が前記ＨＡＶＣモジュールの蒸発器と連結された第２膨張バルブに流入されるように第２バルブを開放させ、膨張された冷媒を前記蒸発器に供給し、
前記蒸発器で外気との熱交換を通じて蒸発された冷媒を排出して前記アキュムレータと圧縮器を経ながら圧縮させた状態で、第１バルブの作動を通じて前記内部凝縮器と連結された冷媒ラインを開放させて前記内部凝縮器に冷媒を供給し、
前記内部凝縮器を通過した冷媒は、第１膨張バルブを通じて膨張させた状態で、前記水冷コンデンサに供給して循環させ、外部から前記ＨＡＶＣモジュールの蒸発器を通過しながら冷却された外気が前記内部凝縮器を通過するように前記開閉ドアを開放させ、流入された外気が前記内部凝縮器とＰＴＣヒータを通過しながら車両室内を除湿することを特徴とする請求項９に記載の車両用ヒートポンプシステム制御方法。
【請求項１４】
前記除湿モードは、
前記制御器が前記第１、第２膨張バルブの開度量の調節を通じて冷媒の膨張量を調節することを特徴とする請求項１３に記載の車両用ヒートポンプシステム制御方法。
【請求項１５】
前記暖房モード、冷房モード、及び除湿モードは、
前記制御器が前記モータと電装品から発生される廃熱源の温度状態と、冷却水と冷媒の温度状態に応じて、前記クーリングファンの風量とウォータポンプの流量を制御することを特徴とする請求項９に記載の車両用ヒートポンプシステム制御方法。
【請求項１】
車両に設けられて冷却ラインを通じてモータと電装品に冷却水を供給及び循環させるクーリング手段と、車両室内の冷暖房を調節するように冷媒ラインにより連結されるエアコン手段とを含む車両用ヒートポンプシステムにおいて、
前記クーリング手段は、車両の前面に配設されてウォータポンプを通じて冷却ラインに沿って冷却水を循環させ、供給される冷却水を外気との熱交換を通じて冷却させるラジエータと、前記ラジエータの後方に装着されるクーリングファンとを含み、
前記冷却ラインと連結されて冷却水が循環され、各モードに応じて前記モータと電装品から発生される廃熱源を選択的に利用して冷却水の水温を変化させ、前記エアコン手段の冷媒ラインと連結され流入された冷媒を冷却水と熱交換させる水冷コンデンサをさらに含むことを特徴とする車両用ヒートポンプシステム。
【請求項２】
前記ラジエータは、前方に外気を選択的に流入させる複数の開閉膜が設置されることを特徴とする請求項１に記載の車両用ヒートポンプシステム。
【請求項３】
前記エアコン手段は、
暖房、冷房、及び除湿モードに応じて蒸発器を通過した外気が内部凝縮器とＰＣＴヒータに流入されるように選択的に調節する開閉ドアを内部に備えたＨＶＡＣモジュールと、
前記蒸発器と冷媒ラインを通じて連結され、気体状態の冷媒を圧縮させる圧縮器と、
前記圧縮器と蒸発器の間で冷媒ライン上に備えられ、前記圧縮器に気体冷媒のみを供給するアキュムレータと、
前記圧縮器から排出される冷媒を車両のモードに応じて前記内部凝縮器に選択的に供給する第１バルブと、
前記内部凝縮器を通過した冷媒を供給されて膨張させる第１膨張バルブと、
前記第１膨張バルブを通じて膨張された冷媒を前記蒸発器に供給したりアキュムレータに供給する第２バルブと、
前記蒸発器と第２バルブの間に備えられ、前記第２バルブの開閉を通じて流入される冷媒を膨張させる第２膨張バルブと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の車両用ヒートポンプシステム。
【請求項４】
前記第１、第２バルブは、３ウェイバルブからなることを特徴とする請求項３に記載の車両用ヒートポンプシステム。
【請求項５】
前記クーリング手段とエアコン手段は、それぞれ制御器と連結され、前記制御器の制御信号により作動されることを特徴とする請求項１に記載の車両用ヒートポンプシステム。
【請求項６】
前記クーリング手段は、前記ラジエータとモータの間で前記冷却ライン上に設置され、車両の暖房、冷房及び除湿モードに応じて供給された冷却水を前記ラジエータまたはウォータポンプに供給するように前記冷却ラインをバイパスさせて選択的に連結する第３バルブをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の車両用ヒートポンプシステム。
【請求項７】
前記第３バルブは、３ウェイバルブからなることを特徴とする請求項６に記載の車両用ヒートポンプシステム。
【請求項８】
車両に設けられて冷却ラインを通じてモータと電装品に冷却水を供給及び循環させるクーリング手段と、車両室内の冷暖房を調節するように冷媒ラインにより連結されるエアコン手段とを含む車両用ヒートポンプシステムにおいて、
前記クーリング手段は、車両の前面に配設されてウォータポンプを通じて冷却ラインに沿って冷却水を循環させ、供給される冷却水を外気との熱交換を通じて冷却させるラジエータと、前記ラジエータの後方に装着されるクーリングファンと、を含み、
前記電装品と並列に配置された状態で、前記冷却ラインと相互連結されて冷却水が循環され、各モードに応じて前記モータと電装品から発生される廃熱源を選択的に利用して冷却水の水温を調節し、前記エアコン手段の冷媒ラインと連結され流入された冷媒を冷却水と熱交換させる水冷コンデンサをさらに含むことを特徴とする車両用ヒートポンプシステム。
【請求項９】
制御器と連結され、それぞれ冷却ラインを通じて相互連結され、ラジエータ、ウォータポンプ、電装品、及びモータを含むクーリング手段と、それぞれ冷媒ラインを通じて相互連結され、複数のバルブと膨張バルブ、圧縮器、及びアキュムレータと、蒸発器、内部凝縮器、ＰＴＣヒータ、及び開度ドアから構成されたＨＡＶＣモジュールを含むエアコン手段とから構成され、前記冷却ラインと冷媒ラインに連結される水冷コンデンサをさらに含むヒートポンプシステムにおいて、使用者の選択により暖房モード、冷房モード、及び除湿モードでそれぞれ作動させるための車両用ヒートポンプシステム制御方法において、
前記暖房モードで、前記クーリング手段は、
前記モータと電装品から発生される廃熱源を通じて前記水冷コンデンサに流入された冷却水の温度を上昇させ、前記冷媒ラインを通じて前記水冷コンデンサに流入された冷媒との熱交換を通じて冷媒の温度を上昇させ、
前記エアコン手段は、
前記水冷コンデンサの内部で前記冷却水との熱交換を通じて温度が上昇した冷媒を第２バルブの開放を通じて冷媒ラインに沿って前記アキュムレータと圧縮器を通過させて高温高圧状態の気体冷媒に圧縮させた状態で、第１バルブの開閉を通じて前記ＨＡＶＣモジュールの内部凝縮器に供給し、
前記内部凝縮器を通過した冷媒は、第１膨張バルブを通じて膨張させた状態で、前記水冷コンデンサに供給して循環させ、外部から前記ＨＡＶＣモジュールの蒸発器を通過した外気が前記内部凝縮器を通過するように前記開閉ドアを開放させ、流入された外気が前記内部凝縮器を通過しながらＰＴＣヒータの選択的な作動と共に車両室内を暖房することを特徴とする車両用ヒートポンプシステム制御方法。
【請求項１０】
前記暖房モードでは、
車両の走行時、前記ラジエータの前面に設置された各開閉膜が閉鎖されて前記ラジエータに走行風の流入を防止することを特徴とする請求項９に記載の車両用ヒートポンプシステム制御方法。
【請求項１１】
前記冷房モードで、前記クーリング手段は、
クーリングファンが作動して外気と共にラジエータに流入された冷却水を冷却させ、前記ウォータポンプの作動を通じて前記モータと電装品を冷却させながら前記水冷コンデンサに流入させ、前記水冷コンデンサに流入された低温の冷却水と熱交換を通じて冷媒の温度を低め、
前記エアコン手段は、
前記水冷コンデンサを通過しながら冷却された低温の冷媒が前記ＨＡＶＣモジュールの蒸発器と連結された第２膨張バルブに流入されるように第２バルブを開放させ、膨張された冷媒を前記蒸発器に供給し、
前記蒸発器で外気との熱交換を通じて蒸発された冷媒を排出して前記アキュムレータと圧縮器を経ながら圧縮させた状態で、第１バルブの作動を通じて前記水冷コンデンサと連結された冷媒ラインを開放させて前記水冷コンデンサに循環させ、
前記蒸発器に流入された冷媒により前記蒸発器を通過しながら冷却された外気が前記内部凝縮器に流入されないように前記開閉ドアを閉鎖し、冷却された外気を車両の内部に直接流入させて車両室内を冷房することを特徴とする請求項９に記載の車両用ヒートポンプシステム制御方法。
【請求項１２】
前記冷房モードでは、
車両の走行時、前記ラジエータの前面に設置された各開閉膜が開放されて前記ラジエータに走行風を流入させることを特徴とする請求項１１に記載の車両用ヒートポンプシステム制御方法。
【請求項１３】
前記除湿モードで、前記クーリング手段は、
クーリングファンが作動して外気と共にラジエータに流入された冷却水を冷却させ、前記ウォータポンプの作動を通じて前記モータと電装品を冷却させながら前記水冷コンデンサに流入させ、前記水冷コンデンサに流入された低温の冷却水と熱交換を通じて冷媒の温度を低め、
前記エアコン手段は、
前記水冷コンデンサを通過しながら冷却された低温の冷媒が前記ＨＡＶＣモジュールの蒸発器と連結された第２膨張バルブに流入されるように第２バルブを開放させ、膨張された冷媒を前記蒸発器に供給し、
前記蒸発器で外気との熱交換を通じて蒸発された冷媒を排出して前記アキュムレータと圧縮器を経ながら圧縮させた状態で、第１バルブの作動を通じて前記内部凝縮器と連結された冷媒ラインを開放させて前記内部凝縮器に冷媒を供給し、
前記内部凝縮器を通過した冷媒は、第１膨張バルブを通じて膨張させた状態で、前記水冷コンデンサに供給して循環させ、外部から前記ＨＡＶＣモジュールの蒸発器を通過しながら冷却された外気が前記内部凝縮器を通過するように前記開閉ドアを開放させ、流入された外気が前記内部凝縮器とＰＴＣヒータを通過しながら車両室内を除湿することを特徴とする請求項９に記載の車両用ヒートポンプシステム制御方法。
【請求項１４】
前記除湿モードは、
前記制御器が前記第１、第２膨張バルブの開度量の調節を通じて冷媒の膨張量を調節することを特徴とする請求項１３に記載の車両用ヒートポンプシステム制御方法。
【請求項１５】
前記暖房モード、冷房モード、及び除湿モードは、
前記制御器が前記モータと電装品から発生される廃熱源の温度状態と、冷却水と冷媒の温度状態に応じて、前記クーリングファンの風量とウォータポンプの流量を制御することを特徴とする請求項９に記載の車両用ヒートポンプシステム制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２０１３６０（Ｐ２０１２−２０１３６０Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２７１４４１（Ｐ２０１１−２７１４４１）
【出願日】平成２３年１２月１２日（２０１１．１２．１２）
【出願人】（５９１２５１６３６）現代自動車株式会社 (1,064)
【出願人】（５００５１８０５０）起亞自動車株式会社 (449)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月１２日（２０１１．１２．１２）
【出願人】（５９１２５１６３６）現代自動車株式会社 (1,064)
【出願人】（５００５１８０５０）起亞自動車株式会社 (449)
【Ｆターム（参考）】
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