(57)【要約】      （修正有）【課題】暖房効率を向上させることができる車両用ヒートポンプシステムを提供する。【解決手段】冷却水と冷媒が熱交換される１つのチラー７０を用いてバッテリモジュール３０を昇温または冷却させることによって、システムの単純化が可能で、車両の暖房モードで外気熱源と、モータ１６、電装品１５、およびバッテリモジュール３０の廃熱を選択的に利用することによって、暖房効率を向上させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１冷却水ラインに連結される第１ラジエータと第１ウォータポンプとを含み、少なくとも１つの電装品と少なくとも１つのモータを冷却するように前記第１冷却水ラインに冷却水を循環させる第１冷却装置と、
第２冷却水ラインに連結される第２ラジエータと第２ウォータポンプとを含み、前記第２冷却水ラインに冷却水を循環させる第２冷却装置と、
前記第２冷却水ラインと第１バルブを介して選択的に連結されるバッテリー冷却水ラインに備えられるバッテリモジュールと、
前記バッテリー冷却水ラインに備えられて内部に冷却水が通過し、エアコン装置の冷媒ラインと冷媒連結ラインを介して連結され、選択的に流入する冷却水を前記エアコン装置から供給された冷媒と熱交換させて冷却水の温度を調節するチラーと、を含み、
前記エアコン装置に備えられたメイン熱交換器は、前記第１、および第２冷却装置を循環する冷却水がそれぞれ通過するように前記第１、および第２冷却水ラインとそれぞれ連結され、
前記メイン熱交換器を通過する冷媒は、前記メイン熱交換器の内部で前記第１冷却水ラインを介して供給された冷却水と一次熱交換され、前記第２冷却水ラインを介して供給された冷却水と二次熱交換され、
前記メイン熱交換器から排出された冷媒は、車両のモードに応じて、作動する第３バルブを介して選択的にアキュムレータ、または前記チラー、または前記エアコン装置に備えられた蒸発器に供給されることを特徴とする、車両用ヒートポンプシステム。
【請求項２】
前記エアコン装置は、
前記冷媒ラインを介して連結され、車両の冷房、暖房、および除湿モードに応じて、前記蒸発器を通過した外気が内部コンデンサに選択的に流入するように調節する開閉ドアが内部に備えられたＨＶＡＣモジュールと、
前記蒸発器と前記内部コンデンサの間で前記冷媒ラインを介して連結される圧縮機と、
前記メイン熱交換器と前記蒸発器を連結する前記冷媒ラインに備えられる第１膨張バルブと、
前記冷媒連結ラインに備えられる第２膨張バルブと、
前記メイン熱交換器を通過した冷媒が、前記アキュムレータを通過して前記圧縮機に選択的に流入するように前記第３バルブを介して前記メイン熱交換器と前記アキュムレータを連結する第１バイパスラインと、
前記内部コンデンサと前記メイン熱交換器の間で前記冷媒ラインに備えられる第３膨張バルブと、
前記内部コンデンサを通過した冷媒が、前記蒸発器に選択的に流入するように前記メイン熱交換器と前記第３膨張バルブの間の前記冷媒ラインと、前記第１膨張バルブと前記蒸発器の間の前記冷媒ラインを連結する第２バイパスラインと、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３】
前記メイン熱交換器と前記蒸発器の間で前記冷媒ラインにはサブコンデンサが備えられることを特徴とする、請求項２に記載の車両用ヒートポンプシステム。
【請求項４】
前記サブコンデンサは、
前記メイン熱交換器が冷媒を凝縮する場合、前記メイン熱交換器で凝縮した冷媒を外気と熱交換によりさらに凝縮させ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】
前記第２膨張バルブは、
冷媒で前記バッテリモジュールを冷却する場合に作動し、前記冷媒連結ラインを介して流入する冷媒を膨張させて前記チラーに流入させることを特徴とする、請求項２に記載の車両用ヒートポンプシステム。
【請求項６】
前記第３膨張バルブは、
車両の暖房および除湿モードで、前記メイン熱交換器と前記第２バイパスラインに流入する冷媒を選択的に膨張させることを特徴とする、請求項２に記載の車両用ヒートポンプシステム。
【請求項７】
前記第１バルブは、前記第２ラジエータと前記チラーの間で前記第２冷却水ラインと前記バッテリー冷却水ラインを選択的に連結し、
前記第１冷却装置には、前記第１ラジエータと前記第１ウォータポンプの間で前記第１冷却水ラインに備えられる第２バルブを介して前記第１ラジエータと前記第１ウォータポンプの間の前記第１冷却水ラインと連結される第１分岐ラインが備えられ、
前記バッテリー冷却水ラインには、前記第１バルブを介して前記チラーと前記バッテリモジュールを連結する第２分岐ラインが備えられ、
前記第２冷却水ラインには、前記バッテリー冷却水ラインと前記第２冷却水ラインを分離する第３分岐ラインが備えられ、
前記第２バイパスラインには第４バルブが備えられることを特徴とする、請求項２に記載の車両用ヒートポンプシステム。
【請求項８】
前記第２ラジエータで冷却された冷却水を用いて前記バッテリモジュールを冷却する場合、
前記第１バルブは、前記第２冷却水ラインと前記バッテリー冷却水ラインを連結し、前記第２分岐ラインを閉鎖し、
前記第２バルブは前記第１分岐ラインを閉鎖することを特徴とする、請求項７に記載の車両用ヒートポンプシステム。
【請求項９】
車両の冷房モードで前記バッテリモジュールを冷却する場合、
前記第１冷却装置では、前記第２バルブの作動により前記第１分岐ラインが閉鎖され、前記第１ラジエータで冷却された冷却水が、前記第１ウォータポンプの作動により前記電装品、および前記モータに循環し、
前記第２分岐ラインは、前記第１バルブの作動により開放され、前記第３分岐ラインが開放され、開放された前記第２、および第３分岐ラインによって前記第２冷却水ラインと前記バッテリー冷却水ラインの連結が閉鎖され、
前記エアコン装置では、前記第３、および第４バルブの作動により前記第１、および第２バイパスラインが閉鎖された状態で前記冷媒ラインに沿って冷媒が循環し、膨張した冷媒が前記冷媒連結ラインを介して前記チラーに流入するように前記第２膨張バルブが作動し、
前記第３膨張バルブは前記メイン熱交換器に冷媒を通過させることを特徴とする、請求項７に記載の車両用ヒートポンプシステム。
【請求項１０】
前記第１冷却装置では、前記第１ラジエータで冷却された冷却水が、前記第１ウォータポンプの作動により前記メイン熱交換器に供給され、
前記第２冷却装置では、開放された前記第３分岐ラインが、前記第２冷却水ラインと連結されて独立した密閉回路を形成し、前記第２ラジエータで冷却された冷却水が、前記第２ウォータポンプの作動により前記メイン熱交換器に供給され、
前記メイン熱交換器は、冷却水との熱交換により冷媒を凝縮させ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。
【請求項１１】
車両の暖房モードで外気熱源を回収する場合、
前記第２冷却装置では、前記第２ウォータポンプの作動により前記第２冷却水ラインに冷却水が循環し、
前記第２分岐ラインは前記第１バルブの作動により閉鎖され、前記第３分岐ラインが閉鎖され、前記第２冷却水ラインと前記バッテリー冷却水ラインは閉鎖された前記第２、および第３分岐ラインによって相互連結され、
前記第２ラジエータを通過した冷却水は、前記第２ウォータポンプの作動により前記メイン熱交換器に供給され、
前記エアコン装置では、前記第１、および第２膨張バルブの作動により前記メイン熱交換器と前記蒸発器を連結する前記冷媒ラインと、前記冷媒連結ラインが閉鎖され、
前記第３バルブの作動により前記蒸発器と連結される前記冷媒ラインが閉鎖され、前記第１バイパスラインが開放され、
前記第４バルブの作動により前記第２バイパスラインが閉鎖され、
前記第３膨張バルブは、前記内部コンデンサを通過した冷媒を膨張させて、前記メイン熱交換器に供給することを特徴とする、請求項７に記載の車両用ヒートポンプシステム。
【請求項１２】
車両の暖房モードで外気熱源と電装品およびモータの廃熱を回収する場合、
前記第１冷却装置では、前記第１ウォータポンプの作動により前記電装品に冷却水が循環し、
前記第２バルブの作動により前記第１分岐ラインが開放された状態で、前記電装品、および前記モータと前記第１ラジエータを連結する前記第１冷却水ラインが閉鎖され、
前記第２冷却装置では、前記第２ウォータポンプの作動により前記第２冷却水ラインに冷却水が循環し、
前記第２分岐ラインは前記第１バルブの作動により閉鎖され、前記第３分岐ラインは開放され、開放された前記第３分岐ラインによって前記第２冷却水ラインと前記バッテリー冷却水ラインの連結が閉鎖され、
前記エアコン装置では、前記第１、および第２膨張バルブの作動により前記メイン熱交換器と前記蒸発器を連結する前記冷媒ラインと、前記冷媒連結ラインが閉鎖され、
前記第３バルブの作動により前記第１バイパスラインが開放され、
前記第４バルブの作動により前記第２バイパスラインが閉鎖され、
前記第３膨張バルブは冷媒を膨張させて前記メイン熱交換器に供給することを特徴とする、請求項７に記載の車両用ヒートポンプシステム。
【請求項１３】
車両の暖房モードで電装品およびモータの廃熱を回収する場合、
前記第１冷却装置では、前記第１ウォータポンプの作動により前記電装品に冷却水が循環し、
前記第２バルブの作動により前記第１分岐ラインが開放された状態で、前記電装品、および前記モータと前記第１ラジエータを連結する前記第１冷却水ラインが閉鎖され、
前記第２冷却装置では、前記第２ウォータポンプの作動が停止し、
前記第３ウォータポンプの作動が停止し、
前記第２分岐ラインは前記第１バルブの作動により閉鎖され、前記第３分岐ラインが閉鎖され、
前記エアコン装置では、前記第１膨張バルブの作動により前記メイン熱交換器と前記蒸発器を連結する前記冷媒ラインが閉鎖され、
前記第３バルブの作動により前記第１バイパスラインが開放され、
前記第４バルブの作動により前記第２バイパスラインが閉鎖され、
前記第３膨張バルブは冷媒を膨張させて前記メイン熱交換器に供給することを特徴とする、請求項７に記載の車両用ヒートポンプシステム。
【請求項１４】
車両の暖房モードで充電時に前記バッテリモジュールの廃熱を回収する場合、
前記第１冷却装置では、前記第１ウォータポンプの作動により前記電装品に冷却水が循環し、
前記第２バルブの作動により前記第１分岐ラインが開放された状態で、前記電装品、および前記モータと前記第１ラジエータを連結する前記第１冷却水ラインが閉鎖され、
前記第２冷却装置では前記第２ウォータポンプの作動が停止し、
前記第２分岐ラインは前記第１バルブの作動により開放され、前記第３分岐ラインが閉鎖され、
前記第３ウォータポンプの作動により前記バッテリー冷却水ラインと前記第２分岐ラインに沿って前記チラーおよび前記バッテリモジュールに冷却水が循環し、
前記エアコン装置では前記第１膨張バルブの作動が停止し、膨張した冷媒が前記冷媒連結ラインを介して前記チラーに流入するように前記第２膨張バルブが作動し、
前記第３バルブの作動により前記第１バイパスラインが開放され、
前記第４バルブの作動により前記第２バイパスラインが閉鎖され、
前記第３膨張バルブは冷媒を膨張させて前記メイン熱交換器に供給することを特徴とする、請求項７に記載の車両用ヒートポンプシステム。
【請求項１５】
前記第３バルブは、前記アキュムレータに供給された冷媒中、気体冷媒が前記圧縮機に供給されるように開放された前記第１バイパスラインを介して前記アキュムレータに冷媒を供給し、
前記チラーに冷媒が供給されるように前記冷媒連結ラインと連結された前記冷媒ラインを開放することを特徴とする、請求項１４に記載の車両用ヒートポンプシステム。
【請求項１６】
車両の暖房および除湿モードで、
前記第１冷却装置では、前記第１ウォータポンプの作動により前記電装品に冷却水が循環し、
前記第２バルブの作動により前記第１分岐ラインが開放された状態で、前記電装品、および前記モータと前記第１ラジエータを連結する前記第１冷却水ラインが閉鎖され、
前記第２ウォータポンプと前記第３ウォータポンプの作動がそれぞれ停止し、
前記エアコン装置では、前記第１、および第２膨張バルブの作動により前記メイン熱交換器と前記蒸発器を連結する前記冷媒ラインと、前記冷媒連結ラインが閉鎖され、
前記第３バルブの作動により前記第１バイパスラインが開放され、
前記第４バルブの作動により前記第２バイパスラインが開放され、
前記第３膨張バルブは冷媒を膨張させて前記メイン熱交換器と前記第２バイパスラインを介して前記蒸発器にそれぞれ供給することを特徴とする、請求項７に記載の車両用ヒートポンプシステム。
【請求項１７】
前記第２、および第３膨張バルブは、
冷媒の流動流れを制御しながら、冷媒を選択的に膨張させる電子式膨張バルブであることを特徴とする、請求項２に記載の車両用ヒートポンプシステム。
【請求項１８】
前記メイン熱交換器は、
前記第１冷却水ラインと連結される第１放熱部と、
前記第２冷却水ラインと連結される第２放熱部と、
前記第１冷却装置と前記第２冷却装置からそれぞれ供給される冷却水が混合されることを防止するように前記コンデンサの内部で前記第１放熱部と前記第２放熱部とを区画し、冷媒は通過させる隔壁と、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１９】
前記メイン熱交換器は、
車両のモードに応じて冷媒を凝縮または蒸発させ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２０】
前記アキュムレータは、
前記圧縮機と前記蒸発器の間で前記冷媒ラインに配置されることを特徴とする、請求項２に記載の車両用ヒートポンプシステム。
【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に関し、より詳しくは、冷媒と冷却水が熱交換される１つのチラーを用いてバッテリモジュールを昇温または冷却させ、モータ、電装品、およびバッテリモジュールの廃熱を利用して暖房効率を向上させる車両用ヒートポンプシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車用空気調和システムは、自動車の室内を暖房または冷房するために冷媒を循環させるエアコン装置を含む。
【０００３】
このようなエアコン装置は、外部温度の変化に関係なく自動車の室内温度を適正な温度に維持して快適な室内環境を保つためのものであって、圧縮機の駆動によって吐出される冷媒が凝縮器、レシーバードライヤー、膨張バルブおよび蒸発器を経て再び圧縮機に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暖房または冷房するように構成される。
【０００４】
つまり、エアコン装置は、夏季の冷房モード時には圧縮機から圧縮された高温、高圧の気相冷媒が凝縮器を通して凝縮した後、レシーバードライヤーおよび膨張バルブを経て蒸発器での蒸発により室内の温度および湿度を低くする。
【０００５】
一方、最近、エネルギー効率と環境汚染問題などに対する関心が日増しに高まるにつれ、内燃機関自動車を実質的に代替可能な環境に優しい自動車の開発が求められており、このような環境に優しい自動車は、通常、燃料電池や電気を動力源として駆動される電気自動車と、エンジンとバッテリーを用いて駆動されるハイブリッド自動車とに区分される。
【０００６】
このような環境に優しい車両のうち、電気自動車またはハイブリッド車両には、一般車両の空気調和装置とは異なり、別途のヒーターを使わず、環境に優しい車両に適用される空気調和装置は、通常、ヒートポンプシステムという。
【０００７】
また、電気自動車の場合、酸素と水素との化学的反応エネルギーを電気エネルギーに転換して駆動力を発生させ、この過程で燃料電池内の化学的反応によって熱エネルギーが発生するため、発生した熱を効果的に除去することは燃料電池の性能の確保において必須である。
【０００８】
そして、ハイブリッド自動車においても、一般的な燃料で作動するエンジンと共に、前記燃料電池や電気バッテリーから供給される電気を用いてモータを駆動させて駆動力を発生させるため、燃料電池やバッテリー、およびモータから発生する熱を効果的に除去しなければモータの性能が確保しにくくなる。
【０００９】
そのため、従来技術によるハイブリッド車両や電気自動車においてはモータ、電装品、および燃料電池を含むバッテリーの発熱を防止するため、冷却手段、およびヒートポンプシステムと共に、バッテリー冷却システムをそれぞれ別途の密閉回路で構成しなければならない。
【００１０】
したがって、車両の前方に配置されるクーリングモジュールの大きさおよび重量が増加し、エンジンルームの内部でそれぞれのヒートポンプシステムと冷却手段およびバッテリー冷却システムに冷媒または冷却水を供給する連結配管のレイアウトが複雑になる短所がある。
【００１１】
また、バッテリーが最適な性能を発揮できるよう、車両の状態によりバッテリーを昇温または冷却させるためのバッテリー冷却システムを別途に備えているため、各連結配管と連結するための複数のバルブが適用され、該バルブの頻繁な開閉作動による騒音および振動が車両室内に伝達されて乗車感が低下する短所もある。
【００１２】
この背景技術部分に記載された事項は、発明の背景に対する理解を増進させるために作成されたものであり、該技術の属する分野における通常の知識を有する者に一般的に知られている従来技術でない事項を含むことができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、冷却水と冷媒が熱交換される１つのチラーを用いてバッテリモジュールを昇温または冷却させることによって、システムの単純化が可能な車両用ヒートポンプシステムを提供することである。
【００１４】
また、本発明の他の目的は、車両の暖房モードにおいて外気熱源、モータ、電装品、およびバッテリモジュールの廃熱を選択的に利用することによって、暖房効率を向上させることができる車両用ヒートポンプシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するための本発明の実施形態に係る車両用ヒートポンプシステムは、第１冷却水ラインに連結される第１ラジエータと第１ウォータポンプとを含み、少なくとも１つの電装品と少なくとも１つのモータを冷却するように前記第１冷却水ラインに冷却水を循環させる第１冷却装置と第２冷却水ラインに連結される第２ラジエータと第２ウォータポンプとを含み、前記第２冷却水ラインに冷却水を循環させる第２冷却装置と、前記第２冷却水ラインと第１バルブを介して選択的に連結されるバッテリー冷却水ラインに備えられるバッテリモジュールと、前記バッテリー冷却水ラインに備えられて内部に冷却水が通過し、エアコン装置の冷媒ラインと冷媒連結ラインを介して連結され、選択的に流入する冷却水を前記エアコン装置から供給された冷媒と熱交換させて冷却水の温度を調節するチラーと、を含み、前記エアコン装置に備えられたメイン熱交換器は、前記第１、および第２冷却装置を循環する冷却水がそれぞれ通過するように前記第１、および第２冷却水ラインとそれぞれ連結され、前記メイン熱交換器を通過する冷媒は、前記メイン熱交換器の内部で前記第１冷却水ラインを介して供給された冷却水と一次熱交換され、前記第２冷却水ラインを介して供給された冷却水と二次熱交換され、前記メイン熱交換器から排出される冷媒は車両のモードに応じて、作動する第３バルブを介して選択的にアキュムレータ、または前記チラー、または前記エアコン装置に備えられた蒸発器に供給される。
【００１６】
前記エアコン装置は、前記冷媒ラインを介して連結され、車両の冷房、暖房、および除湿モードに応じて、前記蒸発器を通過した外気が内部コンデンサに選択的に流入するように調節する開閉ドアが内部に備えられたＨＶＡＣモジュールと、前記蒸発器と前記内部コンデンサとの間で前記冷媒ラインを介して連結される圧縮機と、前記メイン熱交換器と前記蒸発器とを連結する前記冷媒ラインに備えられる第１膨張バルブと、前記冷媒連結ラインに備えられる第２膨張バルブと、前記メイン熱交換器を通過した冷媒が前記アキュムレータを通過して前記圧縮機に選択的に流入するように前記第３バルブを介して前記メイン熱交換器と前記アキュムレータを連結する第１バイパスラインと、前記内部コンデンサと前記メイン熱交換器との間で前記冷媒ラインに備えられる第３膨張バルブと、前記内部コンデンサを通過した冷媒が前記蒸発器に選択的に流入するように前記メイン熱交換器と前記第３膨張バルブとの間の前記冷媒ラインと、前記第１膨張バルブと前記蒸発器との間の前記冷媒ラインを連結する第２バイパスラインと、を含むことができる。
【００１７】
前記メイン熱交換器と前記蒸発器の間で前記冷媒ラインにはサブコンデンサが備えられ得る。
【００１８】
前記サブコンデンサは、前記メイン熱交換器が冷媒を凝縮すると、前記メイン熱交換器で凝縮した冷媒を外気と熱交換によりさらに凝縮させることができる。
【００１９】
前記第２膨張バルブは、冷媒で前記バッテリモジュールを冷却する場合に作動し、前記冷媒連結ラインを介して流入する冷媒を膨張させて前記チラーに流入させることができる。
【００２０】
前記第３膨張バルブは、車両の暖房および除湿モードで前記メイン熱交換器と前記第２バイパスラインに流入する冷媒を選択的に膨張させることができる。
【００２１】
前記第１バルブは、前記第２ラジエータと前記チラーとの間で前記第２冷却水ラインと前記バッテリー冷却水ラインを選択的に連結し、前記第１冷却装置には、前記第１ラジエータと前記第１ウォータポンプとの間で前記第１冷却水ラインに備えられる第２バルブを介して、前記第１ラジエータと前記第１ウォータポンプとの間の前記第１冷却水ラインと連結される第１分岐ラインが備えられ、前記バッテリー冷却水ラインには、前記第１バルブを介して前記チラーと前記バッテリモジュールを連結する第２分岐ラインが備えられ、前記第２冷却水ラインには、前記バッテリー冷却水ラインと前記第２冷却水ラインとを分離する第３分岐ラインが備えられ、前記第２バイパスラインには第４バルブが備えられる。
【００２２】
前記第２ラジエータで冷却された冷却水を用いて前記バッテリモジュールを冷却する場合、前記第１バルブは、前記第２冷却水ラインと前記バッテリー冷却水ラインを連結し、前記第２分岐ラインを閉鎖し、前記第２バルブは、前記第１分岐ラインを閉鎖することができる。
【００２３】
車両の冷房モードで前記バッテリモジュールを冷却する場合、前記第１冷却装置では前記第２バルブの作動により前記第１分岐ラインが閉鎖され、前記第１ラジエータで冷却された冷却水が前記第１ウォータポンプの作動により前記電装品、および前記モータに循環し、前記第２分岐ラインは、前記第１バルブの作動により開放され、前記第３分岐ラインが開放され、開放された前記第２、および第３分岐ラインによって前記第２冷却水ラインと前記バッテリー冷却水ラインとの連結が閉鎖され、前記エアコン装置では前記第３、および第４バルブの作動により前記第１、および第２バイパスラインが閉鎖された状態で前記冷媒ラインに沿って冷媒が循環し、膨張した冷媒が前記冷媒連結ラインを介して前記チラーに流入するように前記第２膨張バルブが作動し、前記第３膨張バルブは、前記メイン熱交換器に冷媒を通過させることができる。
【００２４】
前記第１冷却装置では、前記第１ラジエータで冷却された冷却水は前記第１ウォータポンプの作動により前記メイン熱交換器に供給され、前記第２冷却装置では開放された前記第３分岐ラインが前記第２冷却水ラインと連結されて独立した密閉回路を形成し、前記第２ラジエータで冷却された冷却水は前記第２ウォータポンプの作動により前記メイン熱交換器に供給され、前記メイン熱交換器は冷却水との熱交換により冷媒を凝縮させることができる。
【００２５】
車両の暖房モードで外気熱源を回収する場合、前記第２冷却装置では前記第２ウォータポンプの作動により前記第２冷却水ラインに冷却水が循環し、前記第２分岐ラインは前記第１バルブの作動により閉鎖され、前記第３分岐ラインが閉鎖され、前記第２冷却水ラインと前記バッテリー冷却水ラインは閉鎖された前記第２、および第３分岐ラインによって相互連結され、前記第２ラジエータを通過した冷却水は、前記第２ウォータポンプの作動により前記メイン熱交換器に供給され、前記エアコン装置では、前記第１、および第２膨張バルブの作動により前記メイン熱交換器と前記蒸発器とを連結する前記冷媒ラインと、前記冷媒連結ラインが閉鎖され、前記第３バルブの作動により前記蒸発器と連結される前記冷媒ラインが閉鎖され、前記第１バイパスラインが開放され、前記第４バルブの作動により前記第２バイパスラインが閉鎖され、前記第３膨張バルブは、前記内部コンデンサを通過した冷媒を膨張させて前記メイン熱交換器に供給することができる。
【００２６】
車両の暖房モードで外気熱源、電装品およびモータの廃熱を回収する場合、前記第１冷却装置では前記第１ウォータポンプの作動により前記電装品に冷却水が循環し、前記第２バルブの作動により前記第１分岐ラインが開放された状態で、前記電装品、および前記モータと前記第１ラジエータとを連結する前記第１冷却水ラインが閉鎖され、前記第２冷却装置では前記第２ウォータポンプの作動により前記第２冷却水ラインに冷却水が循環し、前記第２分岐ラインは前記第１バルブの作動により閉鎖され、前記第３分岐ラインは開放され、開放された前記第３分岐ラインによって前記第２冷却水ラインと前記バッテリー冷却水ラインとの連結が閉鎖され、前記エアコン装置では、前記第１、および第２膨張バルブの作動により前記メイン熱交換器と前記蒸発器とを連結する前記冷媒ラインと、前記冷媒連結ラインが閉鎖され、前記第３バルブの作動により前記第１バイパスラインが開放され、前記第４バルブの作動により前記第２バイパスラインが閉鎖され、前記第３膨張バルブは冷媒を膨張させて前記メイン熱交換器に供給することができる。
【００２７】
車両の暖房モードで電装品およびモータの廃熱を回収する場合、前記第１冷却装置では、前記第１ウォータポンプの作動により前記電装品に冷却水が循環し、前記第２バルブの作動により前記第１分岐ラインが開放された状態で、前記電装品、および前記モータと前記第１ラジエータとを連結する前記第１冷却水ラインが閉鎖され、前記第２冷却装置では前記第２ウォータポンプの作動が停止し、前記第３ウォータポンプの作動が停止し、前記第２分岐ラインは前記第１バルブの作動により閉鎖され、前記第３分岐ラインが閉鎖され、前記エアコン装置では、前記第１膨張バルブの作動により前記メイン熱交換器と前記蒸発器とを連結する前記冷媒ラインが閉鎖され、前記第３バルブの作動により前記第１バイパスラインが開放され、前記第４バルブの作動により前記第２バイパスラインが閉鎖され、前記第３膨張バルブは冷媒を膨張させて前記メイン熱交換器に供給することができる。
【００２８】
車両の暖房モードで充電時に前記バッテリモジュールの廃熱を回収する場合、前記第１冷却装置では、前記第１ウォータポンプの作動により前記電装品に冷却水が循環し、前記第２バルブの作動により前記第１分岐ラインが開放された状態で、前記電装品、および前記モータと前記第１ラジエータとを連結する前記第１冷却水ラインが閉鎖され、前記第２冷却装置では前記第２ウォータポンプの作動が停止し、前記第２分岐ラインは前記第１バルブの作動により開放され、前記第３分岐ラインが閉鎖され、前記第３ウォータポンプの作動により前記バッテリー冷却水ラインと前記第２分岐ラインに沿って前記チラーおよび前記バッテリモジュールに冷却水が循環し、前記エアコン装置では前記第１膨張バルブの作動が停止し、膨張した冷媒が前記冷媒連結ラインを介して前記チラーに流入するように前記第２膨張バルブが作動し、前記第３バルブの作動により前記第１バイパスラインが開放され、前記第４バルブの作動により前記第２バイパスラインが閉鎖され、前記第３膨張バルブは、冷媒を膨張させて前記メイン熱交換器に供給することができる。
【００２９】
前記第３バルブは、前記アキュムレータに供給された冷媒中、気体冷媒が前記圧縮機に供給されるように開放された前記第１バイパスラインを介して前記アキュムレータに冷媒を供給し、前記チラーに冷媒が供給されるように前記冷媒連結ラインと連結された前記冷媒ラインを開放することができる。
【００３０】
車両の暖房および除湿モードで、前記第１冷却装置では、前記第１ウォータポンプの作動により前記電装品に冷却水が循環し、前記第２バルブの作動により前記第１分岐ラインが開放された状態で、前記電装品、および前記モータと前記第１ラジエータとを連結する前記第１冷却水ラインが閉鎖され、前記第２ウォータポンプと前記第３ウォータポンプの作動がそれぞれ停止し、前記エアコン装置では、前記第１、および第２膨張バルブの作動により前記メイン熱交換器と前記蒸発器とを連結する前記冷媒ラインと、前記冷媒連結ラインが閉鎖され、前記第３バルブの作動により前記第１バイパスラインが開放され、前記第４バルブの作動により前記第２バイパスラインが開放され、前記第３膨張バルブは冷媒を膨張させて前記メイン熱交換器と前記第２バイパスラインを介して前記蒸発器にそれぞれ供給することができる。
【００３１】
前記第２、および第３膨張バルブは、冷媒の流動流れを制御しながら、冷媒を選択的に膨張させる電子式膨張バルブであり得る。
【００３２】
前記メイン熱交換器は、前記第１冷却水ラインと連結される第１放熱部と、前記第２冷却水ラインと連結される第２放熱部と、前記第１冷却装置と前記第２冷却装置からそれぞれ供給される冷却水が混合されることを防止するため、前記コンデンサの内部で前記第１放熱部と前記第２放熱部とを区画し、冷媒は通過させる隔壁と、を含むことができる。
【００３３】
前記メイン熱交換器は、車両のモードに応じて冷媒を凝縮または蒸発させることができる。
【００３４】
前記アキュムレータは、前記圧縮機と前記蒸発器との間で前記冷媒ラインに配置され得る。
【００３５】
上述したように、本発明に係る車両用ヒートポンプシステムによれば、電気自動車で冷却水と冷媒が熱交換される１つのチラーを用いて車両のモードに応じてバッテリモジュールを昇温または冷却させることによって、システムを単純化することができる。
【００３６】
また、本発明は、バッテリモジュールを車両のモードに合わせて効率的に昇温および冷却させることによって、バッテリモジュールの最適な性能を発揮することができ、効率的なバッテリモジュールの管理を通して車両の全体的な走行距離を増加させることができる。
【００３７】
また、本発明は、車両の暖房モードで、外気熱源、モータ、電装品、およびバッテリモジュールの廃熱を選択的に利用することによって、暖房効率を向上させることができる。
【００３８】
また、本発明は、第１、および第２冷却装置から供給されるそれぞれの冷却水を用いて冷媒を二重に凝縮または蒸発させるメイン熱交換器により冷媒の凝縮または蒸発性能を増大させることによって、冷房性能を向上させ、圧縮機の消耗動力を減らすことができる。
【００３９】
さらに、本発明は、全体システムの簡素化により製作コストの節減および重量縮小が可能で、空間活用性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステムのブロック構成図である。
【図２】本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステムで冷却水を利用したバッテリモジュール冷却時の作動状態図である。
【図３】本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステムで冷房モードによる電装品とバッテリモジュールの冷却に対する作動状態図である。
【図４】本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステムで暖房モードによる外気熱源の回収に対する作動状態図である。
【図５】本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステムで暖房モードによる外気熱源、モータおよび電装品の廃熱回収に対する作動状態図である。
【図６】本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステムで暖房モードによるモータおよび電装品の廃熱回収に対する作動状態図である。
【図７】本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステムで暖房モードによるバッテリモジュールの充電時、バッテリモジュールの廃熱回収に対する作動状態図である。
【図８】本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステムで暖房および除湿モードによる作動状態図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００４２】
これに先立ち、本明細書に記載された実施形態および図面に示された構成は、本発明の最も好ましい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ものではないので、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ることを理解しなければならない。
【００４３】
本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一の参照符号を付す。
【００４４】
図面に示された各構成の大きさおよび厚さは説明の便宜のために任意に示したので、本発明が必ずしも図面に示されたところに限定されず、様々な部分および領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。
【００４５】
そして、明細書全体において、ある部分がある構成要素を“含む”とする時、これは特に反対となる記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに包含できることを意味する。
【００４６】
また、明細書に記載された“．．．ユニット”、“．．．手段”、“．．．部”、“．．．部材”などの用語は、少なくとも１つの機能や動作をする包括的な構成の単位を意味する。
【００４７】
図１は、本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステムのブロック構成図である。
【００４８】
本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステムは、冷媒と冷却水が熱交換される１つのチラー７０を用いてバッテリモジュール３０を昇温または冷却させ、モータ１６および電装品１５と前記バッテリモジュール３０の廃熱を利用して暖房効率を向上させる。
【００４９】
ここで、前記ヒートポンプシステムは、電気自動車で前記電装品１５と前記モータ１６を冷却するための第１冷却装置１０と、前記バッテリモジュール３０を冷却するための第２冷却装置２０と、室内を冷房または暖房するための空調装置であるエアコン装置５０とが相互連動され得る。
【００５０】
つまり、図１を参照すれば、前記ヒートポンプシステムは、前記第１、および第２冷却装置１０、２０と、前記バッテリモジュール３０と、チラー７０とを含む。
【００５１】
まず、前記第１冷却装置１０は、第１冷却水ライン１１に連結される第１ラジエータ１２と第１ウォータポンプ１４とを含む。前記第１冷却装置１０は、前記電装品１５と前記モータ１６とを冷却するように前記第１ウォータポンプ１４の作動により前記第１冷却水ライン１１に冷却水を循環させる。
【００５２】
前記第１ラジエータ１２は、車両の前方に配置され、後方にはクーリングファン１３が備えられ、前記クーリングファン１３の作動と外気との熱交換により冷却水を冷却させる。
【００５３】
ここで、前記電装品１５は、電力制御装置、またはインバータ１５ａ、または充電器１５ｂ（Ｏｎ  Ｂｏａｒｄ  Ｃｈａｒｇｅｒ、ＯＢＣ）を含むことができる。前記電力制御装置または前記インバータ１５ａは走行中に発熱され、前記充電器１５ｂは、前記バッテリモジュール３０を充電するときに発熱される。
【００５４】
前記電装品１５と前記モータ１６は、前記第１冷却水ライン１１に直列配置される。
【００５５】
また、前記第１ラジエータ１２と前記第１ウォータポンプ１４の間において前記第１冷却水ライン１１には第１リザーバタンク１９が備えられる。前記第１リザーバタンク１９には前記第１ラジエータ１２で冷却された冷却水が貯蔵される。
【００５６】
このように構成される前記第１冷却装置１０は、前記第１ウォータポンプ１４の作動により前記第１ラジエータ１２で冷却された冷却水を前記第１冷却水ライン１１に沿って循環させることによって、前記電装品１５および前記モータ１６が過熱されないように冷却させる。
【００５７】
本実施形態で、前記第２冷却装置２０は、第２冷却水ライン２１に連結される第２ラジエータ２２と第２ウォータポンプ２６とを含み、第２冷却水ライン２１に冷却水を循環させる。
【００５８】
前記第２冷却装置２０は、前記第２ラジエータ２２で冷却された冷却水を前記バッテリモジュール３０に選択的に供給することができる。
【００５９】
前記第２ラジエータ２２は、前記第１ラジエータ１２の前方に配置され、前記クーリングファン１３の作動と外気との熱交換により冷却水を冷却させる。
【００６０】
また、前記第２ラジエータ２２と前記第２ウォータポンプ２６との間で前記第２冷却水ライン２１には第２リザーバタンク２７が備えられる。前記第２リザーバタンク２７には、前記第２ラジエータ２２で冷却された冷却水が貯蔵され得る。
【００６１】
このように構成される前記第２冷却装置２０は、前記第２ウォータポンプ２６の作動により前記第２ラジエータ２２で冷却された冷却水を前記第２冷却水ライン２１に沿って循環させる。
【００６２】
本実施形態で、前記バッテリモジュール３０は、前記第２冷却水ライン２１と第１バルブＶ１を通じて選択的に連結されるバッテリー冷却水ライン３１に備えられる。
【００６３】
ここで、前記第１バルブＶ１は、前記第２ラジエータ２２と前記バッテリモジュール３０の間で前記第２冷却水ライン２１と前記バッテリー冷却水ライン３１を選択的に連結することができる。
【００６４】
より詳しくは、前記第１バルブＶ１は、前記バッテリー冷却水ライン３１に備えられた前記チラー７０と前記第２ラジエータ２２の間で前記第２冷却水ライン２１と前記バッテリー冷却水ライン３１を選択的に連結する。
【００６５】
ここで、前記バッテリモジュール３０は、前記電装品１５および前記モータ１６に電源を供給し、前記バッテリー冷却水ライン３１に沿って流動される冷却水で冷却される水冷式で形成される。
【００６６】
つまり、前記バッテリモジュール３０は、前記第１バルブＶ１の作動により前記第２冷却装置２０と前記バッテリー冷却水ライン３１を通じて選択的に連結される。また、前記バッテリモジュール３０は、前記バッテリー冷却水ライン３１に備えられる第３ウォータポンプ３３の作動により内部に冷却水が循環することができる。
【００６７】
前記第３ウォータポンプ３３は、前記チラー７０と前記バッテリモジュール３０の間で前記バッテリー冷却水ライン３１に備えられる。前記第３ウォータポンプ３３は、前記バッテリー冷却水ライン３１を通じて冷却水を循環させるように作動する。
【００６８】
ここで、前記第１、第２、および第３ウォータポンプ１４、２６、３３は、電動式ウォータポンプであり得る。
【００６９】
また、前記第１冷却装置１０には、前記第１ラジエータ１２と前記第１ウォータポンプ１４の間で前記第１冷却水ライン１１に備えられる第２バルブＶ２を通じて前記第１ラジエータ１２と前記第１ウォータポンプ１４の間の前記第１冷却水ライン１１と連結される第１分岐ライン１８が備えられる。
【００７０】
より詳しくは、前記第２バルブＶ２は、前記電装品１５、および前記モータ１６と前記第１ラジエータ１２の間で前記第１冷却水ライン１１に備えられる。
【００７１】
前記第１分岐ライン１８の一端は、前記第２バルブＶ２を通じて前記第１冷却水ライン１１と連結され、前記第１分岐ライン１８の他端は、前記第１ラジエータ１２と前記第１ウォータポンプ１８の間の前記第１冷却水ライン１１と連結される。
【００７２】
前記第１分岐ライン１８は、前記電装品１５と前記モータ１６で発生した廃熱を吸収して冷却水の温度が上昇すれば、前記第２バルブＶ２の作動により選択的に開放される。この時、前記第１ラジエータ１２と連結される前記第１冷却水ライン１１は、前記第２バルブＶ２の作動により閉鎖される。
【００７３】
本実施形態で、前記チラー７０は、前記バッテリー冷却水ライン３１に備えられて内部に冷却水が通過し、前記エアコン装置５０の冷媒ライン５１と冷媒連結ライン７２を通じて連結される。
【００７４】
前記チラー７０は、内部に選択的に流入される冷却水を前記エアコン装置５０から供給された冷媒と熱交換させて冷却水の温度を調節することができる。ここで、前記チラー７０は、内部に冷却水が流入される水冷式熱交換器であり得る。
【００７５】
前記バッテリモジュール３０と前記チラー７０の間で前記バッテリー冷却水ライン３１には加熱器３５が備えられる。
【００７６】
前記加熱器３５は、前記バッテリモジュール３０の昇温が要求されると、ＯＮ作動して前記バッテリー冷却水ライン３１で循環する冷却水を加熱することによって、温度が上昇した冷却水を前記バッテリモジュール３０に流入させる。
【００７７】
前記加熱器３５は、電源供給により作動する電気式ヒーターであり得る。
【００７８】
また、前記バッテリー冷却水ライン３１には、前記第１バルブＶ１を通じて前記チラー７０と前記バッテリモジュール３０の間で各バッテリー冷却水ライン３１を連結する第２分岐ライン８０が備えられる。
【００７９】
そして、前記第２冷却水ライン２１には、前記バッテリー冷却水ライン３１と前記第２冷却水ライン２１を分離する第３分岐ライン９０が備えられる。
【００８０】
前記第３分岐ライン９０は、前記第２冷却装置２０が前記第２冷却水ライン２１を通じて独立した密閉回路を形成するように、前記第２冷却水ライン２１に選択的に連結される。
【００８１】
また、前記第３分岐ライン９０が前記第２冷却水ライン２１、および前記バッテリー冷却水ライン３１と交差する地点、または前記第３分岐ライン９０上には別途のバルブが備えられる。前記バルブは、３−Ｗａｙまたは２−Ｗａｙバルブであり得る。
【００８２】
そのため、前記第１バルブＶ１は、前記第２冷却水ライン２１と前記バッテリー冷却水ライン３５を選択的に連結するか、または前記バッテリー冷却水ライン３１と前記第２分岐ライン８０を選択的に連結して冷却水の流動流れを制御する。
【００８３】
つまり、前記第１バルブＶ１は、前記第２ラジエータ２１で冷却された冷却水を用いて前記バッテリモジュール３０を冷却する場合、前記第２ラジエータ２１と連結される前記第２冷却水ライン２１と前記バッテリー冷却水ライン３１を連結し、前記第２分岐ライン８０は閉鎖することができる。
【００８４】
それによって、前記第２ラジエータ２２で冷却された冷却水は、前記第１バルブＶ１の作動により連結された前記第２冷却水ライン１１と前記バッテリー冷却ライン３１に沿って流動しながら、前記バッテリモジュール３０が冷却される。
【００８５】
また、前記第１バルブＶ１は、冷媒と熱交換された冷却水を用いて前記バッテリモジュール３０を冷却する場合、前記第２分岐ライン８０を開放し、前記第２冷却水ライン２１と前記バッテリー冷却水ライン３１の連結を閉鎖することができる。
【００８６】
そのため、前記チラー７０で冷媒と熱交換が完了した低温の冷却水は、前記第１バルブＶ１によって開放された前記第２分岐ライン８０を通じて前記バッテリモジュール３０に流入することによって、効率的に前記バッテリモジュール３０を冷却させる。
【００８７】
反面、前記バッテリモジュール３０を昇温する場合には、前記第１バルブＶ１の作動により前記バッテリー冷却水ライン３１に沿って循環する冷却水が前記第２ラジエータ２２に流入することを防止することによって、前記加熱器３５の作動により加熱された冷却水を前記バッテリモジュール３０に流入させて迅速にバッテリモジュール３０を昇温させることができる。
【００８８】
また、本実施形態では、前記第３分岐ライン９０にバルブが構成されていないことを一実施形態として説明しているが、これに限定されるものではなく、前記第３分岐ライン９０の選択的な開放のため、必要に応じてバルブの適用が可能である。
【００８９】
つまり、前記第３分岐ライン９０は、車両の各モード（暖房、冷房、除湿）により選択的に連結される前記第２冷却水ライン２１、前記バッテリー冷却水ライン３１、および第２分岐ライン８０と、前記第２、および第３ウォータポンプ２６、３３の作動により循環する冷却水の流量制御を可能にすることで、前記第３分岐ライン９０の開閉制御が可能である。
【００９０】
一方、本実施形態で、前記エアコン装置５０は、前記冷媒ライン５１を通じて連結されるＨＶＡＣモジュール（Ｈｅａｔｉｎｇ、Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ、ａｎｄ  Ａｉｒ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）５２、メイン熱交換器５４、アキュムレータ５５、第１膨張バルブ５７、蒸発器５８、および圧縮機５９を含む。
【００９１】
まず、前記ＨＶＡＣモジュール５２は、前記冷媒ライン５１を通じて連結され、車両の冷房、暖房、および暖房／除湿モードに応じて、前記蒸発器５８を通過した外気が内部コンデンサ５２ａと内部ヒーター５２ｂに選択的に流入するように調節する開閉ドア５２ｃが内部に備えられる。
【００９２】
つまり、前記開閉ドア５２ｃは、車両の暖房モードで前記蒸発器５８を通過した外気が前記内部コンデンサ５２ａと内部ヒーター５２ｂに流入するように開放される。反対に、車両の冷房モードで前記開閉ドア５２ｃは、前記蒸発器５８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するように前記内部コンデンサ５２ａと前記内部ヒーター５２ｂ側を閉鎖することになる。
【００９３】
前記メイン熱交換器５４は、前記冷媒ライン５１と連結されて冷媒が通過し、前記第１、および第２冷却装置１０、２０を循環する冷却水がそれぞれ通過するように前記第１、および第２冷却水ライン１１、２１とそれぞれ連結される。
【００９４】
前記メイン熱交換器５４は、車両のモードに応じて前記第１、および第２冷却水ライン１１、２１を通じて供給された冷却水と熱交換により冷媒を凝縮または蒸発させる。つまり、前記メイン熱交換器５４は、内部に冷却水が流入する水冷式熱交換器であり得る。
【００９５】
ここで、前記メイン熱交換器５４は、第１放熱部５４ａ、第２放熱部５４ｂ、および隔壁５４ｃを含むことができる。
【００９６】
まず、前記第１放熱部５４ａは、第１冷却水ライン１１と連結される。そのため、前記第１放熱部５４ａは、前記圧縮機５９から供給された冷媒を前記第１冷却装置１０で供給された冷却水と一次熱交換させる。
【００９７】
前記第２放熱部５４ｂは、前記第２冷却水ライン２１と連結される。そのため、前記第２放熱部５４ｂは、前記第１放熱部５４ａを通過した冷媒を前記第２冷却装置２０で供給された冷却水と二次熱交換させる。
【００９８】
そして、前記隔壁５４ｃは、前記第１冷却装置１０と前記第２冷却装置２０からそれぞれ供給される冷却水が混合されることを防止するように前記メイン熱交換器５４の内部で前記第１放熱部５４ａと前記第２放熱部５４ｂとを区画することができる。前記隔壁５４ｃは、前記第１放熱部５４ａから前記第２放熱部５４ｂに冷媒が流入するように冷媒を通過させる。
【００９９】
したがって、前記メイン熱交換器５４を通過した冷媒は、前記第１冷却水ライン１１を通じて供給された冷却水と一次熱交換され、前記第２冷却水ライン２１を通じて供給された冷却水と二次熱交換される。
【０１００】
このように構成される、前記メイン熱交換器５４は、前記圧縮機５９から前記内部コンデンサ５２ａを経て供給された冷媒を前記第１放熱部５４ａで前記第１冷却装置１０から供給される冷却水と一次熱交換させる。
【０１０１】
その後、前記メイン熱交換器５４は、前記第２放熱部５４ｂで前記第２冷却装置２０から供給される冷却水と冷媒を二次熱交換させる。このような作動により、前記メイン熱交換器５４は、冷媒の温度をさらに低くし、凝縮量または蒸発量を増加させる。
【０１０２】
本実施形態で、前記アキュムレータ５５は、前記メイン熱交換器５４から排出する冷媒を車両のモードに応じて作動する第３バルブＶ３を通じて選択的に供給を受けることになる。
【０１０３】
前記アキュムレータ５５は、前記圧縮機５９に気体状態の冷媒のみを供給することによって、前記圧縮機５９の効率および耐久性を向上させる。
【０１０４】
また、前記メイン熱交換器５４と前記蒸発器５８の間で、前記冷媒ライン５１には、前記メイン熱交換器５４を通過した冷媒をさらに凝縮させるためのサブコンデンサ５６が備えられる。
【０１０５】
前記サブコンデンサ５６には、前記第３バルブＶ３の作動により前記メイン熱交換器５４を通過した冷媒が選択的に流入される。
【０１０６】
つまり、前記サブコンデンサ５６は、前記第２ラジエータ２２の前方に配置されて内部に流入した冷媒を外気と相互熱交換させる。
【０１０７】
このように、前記サブコンデンサ５６は、前記メイン熱交換器５４が冷媒を凝縮すれば、前記メイン熱交換器５４で凝縮した冷媒をさらに凝縮させることによって、冷媒のサブクールを増大させることができ、これによって、圧縮機の所要動力対比冷房能力の係数ＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｏｆ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）を向上させることができる。
【０１０８】
本実施形態で、前記第１膨張バルブ５７は、前記サブコンデンサ５６と前記蒸発器５８を連結する前記冷媒ライン５１に備えられる。前記第１膨張バルブ５７は、前記サブコンデンサ５６を通過した冷媒の供給を受けて膨張する。前記第１膨張バルブ５７は、機械式膨張バルブであり得る。
【０１０９】
前記圧縮機５９は、前記蒸発器５８と前記メイン熱交換器５４の間で前記冷媒ライン５１を通じて連結される。前記圧縮機５９は、気体状態の冷媒を圧縮させ、圧縮された冷媒を前記内部コンデンサ５２ａに供給する。
【０１１０】
このように構成される前記エアコン装置５０は、第２膨張バルブ７４、第１バイパスライン６２、第３膨張バルブ６６、および第２バイパスライン６４をさらに含むことができる。
【０１１１】
まず、前記第２膨張バルブ７４は、前記サブコンデンサ５６と前記チラー７０の間で前記冷媒連結ライン７２に備えられる。
【０１１２】
ここで、前記第２膨張バルブ７４は、車両の冷房モードで冷媒で前記バッテリモジュール３０を冷却する場合に作動する。前記第２膨張バルブ７２は、前記冷媒連結ライン７２を通じて流入する冷媒を膨張させて前記チラー７０に流入させる。
【０１１３】
つまり、前記第２膨張バルブ７４は、前記サブコンデンサ５６から排出した凝縮した冷媒を膨張させてその温度を下げた状態で前記チラー７０に流入させることによって、前記チラー７０の内部を通過する冷却水の水温をもっと下げることができる。
【０１１４】
そのため、前記バッテリモジュール３０には、前記チラー７０を通過しながら水温が低くなった冷却水が流入して、より効率的に冷却され得る。
【０１１５】
本実施形態で、前記第１バイパスライン６２は、前記メイン熱交換器５４を通過した冷媒が前記アキュムレータ５５を経て前記圧縮機５９に選択的に流入するように前記第３バルブＶ３を通じて前記メイン熱交換器５４と前記アキュムレータ５５を連結することができる。
【０１１６】
つまり、前記第３バルブＶ３は、車両のモードに応じて、前記第１バイパスライン６２を選択的に開放することができる。
【０１１７】
ここで、前記アキュムレータ５５は、前記第３バルブＶ３の作動により開放された前記第１バイパスライン６２を通じて供給された冷媒中、気体冷媒を前記圧縮機５９に供給することができる。
【０１１８】
本実施形態で、前記第３膨張バルブ６６は、前記内部コンデンサ５２ａと前記メイン熱交換器５４の間で前記冷媒ライン５１に備えられる。
【０１１９】
前記第３膨張バルブ６６は、車両の暖房および除湿モードで前記メイン熱交換器５４と前記第２バイパスライン６４に流入する冷媒を選択的に膨張させる。
【０１２０】
そして、前記第２バイパスライン６４は、前記内部コンデンサ５２ａを通過した冷媒中、一部の冷媒を前記蒸発器５８に選択的に流入するように前記メイン熱交換器５４と前記第３膨張バルブ６６の間の前記冷媒ライン５１と、前記第１膨張バルブ５７と前記蒸発器５８の間の前記冷媒ライン５１を連結する。
【０１２１】
ここで、前記第２バイパスライン６４には、第４バルブＶ４が備えられる。前記第４バルブＶ４は、車両のモードに応じて、前記第２バイパスライン６４を選択的に開放することができる。
【０１２２】
つまり、前記第２膨張バルブ７４と前記第３膨張バルブ６６は冷媒の流動流れを制御しながら、冷媒を選択的に膨張させる電子式膨張バルブであり得る。
【０１２３】
また、前記第１、第２、および第３バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３は、流量の分配が可能な３−Ｗａｙバルブであり、前記第４バルブＶ４は２−Ｗａｙバルブであり得る。
【０１２４】
以下、前記のように構成される本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステムの作動および作用について、図２〜図８を参照して詳しく説明する。
【０１２５】
まず、本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステムで冷却水を利用したバッテリモジュール冷却時の作動を図２を参照して説明する。
【０１２６】
図２は、本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステムで冷却水を利用したバッテリモジュール冷却時の作動状態図である。
【０１２７】
図２を参照すれば、前記第１冷却装置１０では、前記電装品１５と前記モータ１６の冷却のために前記第１ウォータポンプ１４が作動する。そのため、前記電装品１５と前記モータ１６には前記第１ラジエータ１２で冷却された冷却水が循環する。
【０１２８】
ここで、前記第２バルブＶ２は、前記第１分岐ライン１８を閉鎖する。
【０１２９】
前記第２冷却装置２０では、前記バッテリモジュール３０を冷却するために前記第２ウォータポンプ２６が作動する。
【０１３０】
この時、前記第１バルブＶ１は、前記第２ラジエータ２２で冷却された冷却水が前記バッテリモジュール３０に供給されるよう、前記第２冷却水ライン２１と前記バッテリー冷却水ライン３１を連結する。
【０１３１】
これと同時に、前記第２分岐ライン８０は、前記第１バルブＶ１の作動により閉鎖される。また、前記第３分岐ライン９０が閉鎖される。そのため、前記第２冷却水ライン２１と前記バッテリー冷却水ライン３１は、閉鎖した前記第２、および第３分岐ライン８０、９０によって連結される。
【０１３２】
つまり、前記第２冷却水ライン２１と前記バッテリー冷却水ライン３１は、前記第１バルブＶ１の選択的な作動によって連結され、冷却水が循環する１つの密閉回路を形成することができる。
【０１３３】
そのため、前記第２ラジエータ２２で冷却された冷却水は、前記第２ウォータポンプ２６と前記第３ウォータポンプ３３の作動により、前記第２冷却水ライン２１と前記バッテリー冷却水ライン３１に沿って循環する。
【０１３４】
つまり、前記第２ラジエータ２２から排出した冷却された冷却水は、バッテリー冷却水ライン３１を通じて前記バッテリモジュール３０に流入し、前記バッテリモジュール３０を冷却する。
【０１３５】
前記バッテリモジュール３０を冷却した冷却水は、前記バッテリー冷却水ライン３１に沿って作動をＯＦＦにした前記加熱器３５と前記チラー７０を通過した後、前記第２冷却水ライン２１を通じて再び前記第２ラジエータ２２に流入する。
【０１３６】
つまり、第２ラジエータ２２で冷却された低温の冷却水は、前記バッテリモジュール３０のみを冷却させるので、前記バッテリモジュール３０を効率的に冷却させる。
【０１３７】
一方、前記エアコン装置５０は、車両の冷房モードが作動しないため、作動しない。
【０１３８】
車両の冷房モードによる前記電装品１５、前記モータ１６、および前記バッテリモジュール３０の冷却時の作動を図３を参照して説明する。
【０１３９】
図３は、本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステムで冷房モードによる電装品とバッテリモジュールの冷却に対する作動状態図である。
【０１４０】
図３を参照すれば、前記第１冷却装置１０では、前記電装品１５と前記モータ１６、および前記メイン熱交換器５４の冷却のため、前記第１ウォータポンプ１４が作動する。そのため、前記電装品１５、前記モータ１６、および前記メイン熱交換器５４には、前記第１ラジエータ１２で冷却された冷却水が循環する。
【０１４１】
ここで、前記第２バルブＶ２は、前記第１分岐ライン１８を閉鎖する。
【０１４２】
つまり、前記第１冷却装置１０では、前記第１ラジエータ１２で冷却された冷却水が前記第１ウォータポンプ１４の作動により前記メイン熱交換器５４に供給される。
【０１４３】
前記第２冷却装置２０では、前記メイン熱交換器５４に冷却水を供給するため、前記第２ウォータポンプ２６が作動する。
【０１４４】
一方、前記第２分岐ライン８０は、前記第１バルブＶ１の作動により開放される。また、前記第３分岐ライン９０が開放される。
【０１４５】
そのため、前記第２冷却水ライン２１は、開放された前記第２、および第３分岐ライン８０、９０と前記第１バルブＶ１の作動により前記バッテリー冷却水ライン３１との連結が閉鎖される。
【０１４６】
つまり、前記第２冷却装置２０では、開放された前記第３分岐ライン９０が前記第２冷却水ライン２１と連結されて独立して冷却水が循環する密閉回路を形成することができる。
【０１４７】
また、前記バッテリー冷却水ライン３１は、開放された前記第２分岐ライン８０を通じて独立して冷却水が循環する密閉回路を形成することができる。
【０１４８】
したがって、前記第２ラジエータ２２で冷却された冷却水は、前記第２ウォータポンプ２６の作動により前記メイン熱交換器５４を冷却させるよう、前記第２冷却水ライン２１と前記第３分岐ライン９０を循環する。
【０１４９】
前記エアコン装置５０は、車両室内を冷房するために各構成要素が作動して、冷媒ライン５１に沿って冷媒が循環する。
【０１５０】
ここで、前記第１、および第２バイパスライン６２、６４は、前記第３、および第４バルブＶ３、Ｖ４の作動により閉鎖される。
【０１５１】
そのため、前記メイン熱交換器５４は、前記第１、および第２冷却水ライン１１、２１に沿って流動する冷却水を用いて前記冷媒を凝縮させる。
【０１５２】
つまり、前記第１冷却水ライン１１を通じて前記メイン熱交換器５４に供給された冷却水は、前記メイン熱交換器５４の第１放熱部５４ａを通過する冷媒を一次凝縮させる。前記第２冷却水ライン２１を通じて前記メイン熱交換器５４に供給された冷却水は、前記メイン熱交換器５４の第２放熱部５４ｂを通過する冷媒を二次凝縮させる。
【０１５３】
そのため、前記メイン熱交換器５４は、冷媒の凝縮量を増大させることができる。
【０１５４】
前記メイン熱交換器５４を通過した冷媒は、前記第３バルブＶ３の作動により開放された前記冷媒ライン５１に沿って前記サブコンデンサ５６に流入する。前記サブコンデンサ５６に流入した冷媒は、外気と熱交換によって凝縮することができる。
【０１５５】
一方、前記チラー７０を通過した冷却水は、前記第３ウォータポンプ３３の作動により前記バッテリモジュール３０を冷却させるよう、前記バッテリー冷却水ライン３１と前記第２分岐ライン８０を循環する。
【０１５６】
前記バッテリー冷却水ライン３１を循環する冷却水は、前記チラー７０に供給された冷媒と熱交換により冷却される。前記チラー７０で冷却された冷却水は、前記バッテリモジュール３０に供給される。そのため、前記バッテリモジュール３０は、冷却された冷却水によって冷却される。
【０１５７】
ここで、前記第２膨張バルブ７４は、膨張した冷媒を前記チラー７０に供給するように、前記サブコンデンサ５６を通過した冷媒中の一部の冷媒を膨張させ、前記冷媒連結ライン７２を開放する。
【０１５８】
そして、前記第３膨張バルブ６６は冷媒を膨張させず、前記メイン熱交換器５４に流入させる。
【０１５９】
したがって、前記サブコンデンサ５６から排出した一部の冷媒は、前記第２膨張バルブ７４の作動により膨張して低温低圧の状態となり、前記冷媒連結ライン７２と連結される前記チラー７０に流入する。
【０１６０】
その後、前記チラー７０に流入した冷媒は冷却水と熱交換され、前記冷媒連結ライン７２を通じて前記圧縮機５９に流入する。
【０１６１】
つまり、前記バッテリモジュール３０を冷却しながら温度が上昇した冷却水は、低温低圧の冷媒と前記チラー７０の内部で熱交換により冷却される。冷却された冷却水は、前記バッテリー冷却ライン３１を通じて再びバッテリモジュール３０に供給される。
【０１６２】
つまり、冷却水は、上述した動作を繰り返し行いながら、前記バッテリモジュール３０を効率的に冷却させることができる。
【０１６３】
一方、前記サブコンデンサ５６から排出した残りの冷媒は、車両の室内を冷房するように前記冷媒ライン５１を通じて流動され、前記第１膨張バルブ５７、前記蒸発器５８、前記アキュムレータ５５、前記圧縮機５９、前記内部コンデンサ５２ａ、前記メイン熱交換器５４、およびサブコンデンサ５６を順次に通過する。
【０１６４】
ここで、前記ＨＶＡＣモジュール５２に流入する外気は、前記蒸発器５８に流入した低温状態の冷媒によって前記蒸発器５８を通過しながら冷却される。
【０１６５】
この時、前記開閉ドア５２ｃは、冷却された外気が前記内部コンデンサ５２ａと前記内部ヒーター５２ｂを通過しないように前記内部コンデンサ５２ａを通過する部分を閉鎖する。したがって、冷却された外気は車両の内部に直接流入することによって、車両室内を冷房することができる。
【０１６６】
一方、前記蒸発器５８には前記メイン熱交換器５４と、前記サブコンデンサ５６を順次通過しながら凝縮量が増加された冷媒が膨張して供給されることによって、冷媒をより低い温度で蒸発させることができる。
【０１６７】
つまり、本実施形態では、前記メイン熱交換器５４の第１、および第２放熱部５４ａ、５４ｂが冷媒を一次、および二次凝縮し、前記サブコンデンサ５６がさらに冷媒を凝縮させることによって、冷媒のサブクール形成が有利になる。
【０１６８】
そして、サブクールが形成された冷媒が、前記蒸発器５８でより低い温度で蒸発することによって、前記蒸発器５８で熱交換される冷却水の温度をさらに低くすることができ、冷房性能および効率を向上させることができる。
【０１６９】
つまり、前記過程を繰り返し行いながら、冷媒は車両の冷房モードで室内を冷房すると同時に、前記チラー７０を通過しながら熱交換によって冷却水を冷却させることができる。
【０１７０】
前記チラー７０で冷却された冷却水は、前記第１バルブＶ１の作動により連結された前記バッテリー冷却水ライン３１に沿って流動しながら前記バッテリモジュール３０に流入する。そのため、バッテリモジュール３０は、前記バッテリー冷却水ライン３１に供給された低温の冷却水によって効率的に冷却される。
【０１７１】
本実施形態で、車両の暖房モードで外気熱源を回収する場合に対する作動を図４を参照して説明する。
【０１７２】
図４は、本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステムで暖房モードによる外気熱源の回収に対する作動状態図である。
【０１７３】
図４を参照すれば、前記ヒートポンプシステムは、前記電装品１５、前記モータ１６、前記バッテリモジュール３０の廃熱が不足した車両のアイドル（ＩＤＬＥ）状態で外気から外気熱源を吸収することができる。
【０１７４】
まず、前記第１冷却装置１０では前記第１ウォータポンプ１４が作動する。ここで、前記第２バルブＶ２は、前記第１分岐ライン１８を閉鎖する。
【０１７５】
つまり、前記第１冷却装置１０では、前記第１ラジエータ１２を通過した冷却水が第１ウォータポンプ１４の作動により、前記電装品１５、前記モータ１６、および前記メイン熱交換器５４に供給される。
【０１７６】
前記第２冷却装置２０では、前記メイン熱交換器５４に冷却水を供給するために前記第２ウォータポンプ２６が作動する。
【０１７７】
この時、前記第１バルブＶ１は、前記第２ラジエータ２２を通過した冷却水が前記バッテリモジュール３０に供給されるように前記第２冷却水ライン２１と前記バッテリー冷却水ライン３１を連結する。
【０１７８】
これと同時に、前記第２分岐ライン８０は、前記第１バルブＶ１の作動により閉鎖される。また、前記第２分岐ライン９０が閉鎖される。そのため、前記第２冷却水ライン２１と前記バッテリー冷却水ライン３１は、閉鎖された前記第２、および第３分岐ライン８０、９０によって連結される。
【０１７９】
つまり、前記第２冷却水ライン２１と前記バッテリー冷却水ライン３１は、前記第１バルブＶ１の選択的な作動によって連結され、冷却水が循環する１つの密閉回路を形成することができる。
【０１８０】
それによって、前記第２ラジエータ２２を通過した冷却水は、前記第２ウォータポンプ２６と前記第３ウォータポンプ３３の作動により前記第２冷却水ライン２１と前記バッテリー冷却水ライン３１に沿って循環することができる。
【０１８１】
そのため、前記第１、および第２冷却水ライン１１、２１をそれぞれ通過する冷却水は、前記第１、および第２ラジエータ１２、２２をそれぞれ通過しながら外気熱源を吸収して温度が上昇する。温度が上昇した冷却水は、前記メイン熱交換器５４に供給される。
【０１８２】
一方、前記エアコン装置５０では、車両室内を暖房するために各構成要素が作動して冷媒ライン５１に沿って冷媒が循環する。
【０１８３】
ここで、前記メイン熱交換器５４と前記蒸発器５８を連結する前記冷媒ライン５１と、前記チラー７０と連結される前記冷媒連結ライン７２は、前記第１、および第２膨張バルブ５７、７４の作動により閉鎖される。
【０１８４】
また、前記第１バイパスライン６２は前記第３バルブＶ３の作動により開放され、前記第２バイパスライン６４は前記第４バルブＶ４の作動により閉鎖される。
【０１８５】
ここで、前記第３バルブＶ３は、前記メイン熱交換器５４と前記サブコンデンサ５６を連結する前記冷媒ライン５１を閉鎖する。
【０１８６】
そして、前記第３膨張バルブ６６は冷媒を膨張させて、前記メイン熱交換器５４に供給することができる。
【０１８７】
そのため、前記メイン熱交換器５４は、前記第１、および第２冷却水ライン１１、２１に沿ってそれぞれ流動し、回収された外気熱源で温度が上昇した冷却水を用いて冷媒を蒸発させる。
【０１８８】
つまり、前記第１冷却水ライン１１を通じて前記メイン熱交換器５４に供給された冷却水は、前記メイン熱交換器５４の第１放熱部５４ａを通過する冷媒を一次蒸発させる。前記第２冷却水ライン２１を通じて前記メイン熱交換器５４に供給された冷却水は、前記メイン熱交換器５４の第２放熱部５４ｂを通過する冷媒を二次蒸発させる。
【０１８９】
そのため、前記メイン熱交換器５４は、冷媒の蒸発量を増大させることができる。
【０１９０】
その後、前記メイン熱交換器５４を通過した冷媒は、開放された前記第１バイパスライン６２に沿って前記アキュムレータ５５に供給される。
【０１９１】
前記アキュムレータ５５に供給された冷媒は、気体と液体とに分離される。気体と液体に分離された冷媒中、気体冷媒は前記圧縮機５９に供給される。
【０１９２】
前記圧縮機５９から高温高圧の状態で圧縮された冷媒は、前記内部コンデンサ５２ａに流入する。
【０１９３】
ここで、前記開閉ドア５２ｃは、前記ＨＶＡＣモジュール５２に流入して前記蒸発器５８を通過した外気が前記内部コンデンサ５２ａを通過するように開放される。
【０１９４】
そのため、外部から流入した外気は、冷媒が供給されない前記蒸発器５８の通過時、冷却されない室温状態で流入する。流入した外気は、前記内部コンデンサ５２ａを通過しながら高温状態に変換され、選択的に作動する前記内部ヒーター５２ｂを通過して車両室内に流入することによって、車両室内の暖房が具現され得る。
【０１９５】
つまり、本実施形態によるヒートポンプシステムは、車両のアイドル（ＩＤＬＥ）状態で暖房が要求される場合、外気熱源を吸収して冷媒の温度を上昇させるのに利用することによって、前記圧縮機５９の動力消耗を減らし、暖房効率を向上させることができる。
【０１９６】
本実施形態で、車両の暖房モードで外気熱源と前記電装品１５、および前記モータ１６の廃熱を回収する場合に対する作動を図５を参照して説明する。
【０１９７】
図５は、本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステムで暖房モードによる外気熱源、モータおよび電装品の廃熱回収に対する作動状態図である。
【０１９８】
図５を参照すれば、前記ヒートポンプシステムは、前記電装品１５と、前記モータ１６の廃熱が十分でない車両の初期走行時に外気から外気熱源を吸収することができる。
【０１９９】
まず、前記第１冷却装置１０は、前記第１ウォータポンプ１４の作動により前記電装品１５と前記モータ１６に冷却水を循環させる。ここで、前記第２バルブＶ２は、前記第１分岐ライン１８を開放し、前記電装品１５、および前記モータ１６と前記第１ラジエータ１２を連結する前記第１冷却水ライン１１を閉鎖する。
【０２００】
そのため、前記電装品１５と前記モータ１６を通過した冷却水は、前記第１ラジエータ１２を通過せず、前記第１冷却水ライン１１に沿って継続して循環し、前記電装品１５と前記モータ１６から廃熱を吸収して温度が上昇する。
【０２０１】
温度が上昇した冷却水は、前記メイン熱交換器５４に供給される。
【０２０２】
つまり、前記電装品１５と前記モータ１６で発生した廃熱は、前記第１冷却水ライン１１を循環する冷却水の温度を上昇させる。
【０２０３】
前記第２冷却装置２０では、前記メイン熱交換器５４に冷却水を供給するために前記第２ウォータポンプ２６が作動する。
【０２０４】
ここで、前記第２分岐ライン８０は、前記第１バルブＶ１の作動により閉鎖される。これと同時に、前記第３分岐ライン９０は開放される。
【０２０５】
したがって、前記第２冷却水ライン２１は、閉鎖された前記第２分岐ライン８０と、開放された前記第３分岐ライン９０を通じて前記バッテリー冷却水ライン３１との連結が閉鎖される。
【０２０６】
つまり、前記第２冷却装置２０では開放された前記第３分岐ライン９０が、前記第２冷却水ライン２１と連結されて独立して冷却水が循環する密閉回路を形成することができる。
【０２０７】
一方、前記バッテリー冷却水ライン３１には作動が停止した前記第３ウォータポンプ３３によって冷却水が循環しない。
【０２０８】
そのため、前記第２ラジエータ２２を通過した冷却水は、前記第２ウォータポンプ２６の作動により前記第２冷却水ライン２１と前記第３分岐ライン９０に沿って循環することができる。
【０２０９】
ここで、第２冷却水ライン２１をそれぞれ通過する冷却水は、前記第２ラジエータ２２を通過しながら外気熱源を吸収して温度が上昇する。温度が上昇した冷却水は、前記メイン熱交換器５４に供給される。
【０２１０】
つまり、前記第１、および第２冷却装置１０、２０で温度が上昇した冷却水は、前記第１、および第２ウォータポンプ１４、２６の作動により前記メイン熱交換器５４を通過しながら、前記メイン熱交換器５４から排出する冷媒の温度を上昇させながら回収される。
【０２１１】
一方、前記エアコン装置５０では車両室内を暖房するために、各構成要素が作動して冷媒ライン５１に沿って冷媒が循環する。
【０２１２】
ここで、前記メイン熱交換器５４と前記蒸発器５８を連結する前記冷媒ライン５１と、前記チラー７０と連結される前記冷媒連結ライン７２は、前記第１、および第２膨張バルブ５７、７４の作動により閉鎖される。
【０２１３】
また、前記第１バイパスライン６２は前記第３バルブＶ３の作動により開放され、前記第２バイパスライン６４は前記第４バルブＶ４の作動により閉鎖される。
【０２１４】
ここで、前記第３バルブＶ３は、前記メイン熱交換器５４と前記サブコンデンサ５６を連結する前記冷媒ライン５１を閉鎖する。
【０２１５】
そして、前記第３膨張バルブ６６は冷媒を膨張させて、前記メイン熱交換器５４に供給することができる。
【０２１６】
そのため、前記メイン熱交換器５４は、前記第１、および第２冷却水ライン１１、２１に沿ってそれぞれ流動し、前記電装品１５、および前記モータ１６の廃熱と、外気熱源を回収しながら温度が上昇した冷却水を用いて冷媒を蒸発させる。
【０２１７】
つまり、前記第１冷却水ライン１１を通じて前記メイン熱交換器５４に供給された冷却水は、前記メイン熱交換器５４の第１放熱部５４ａを通過する冷媒を一次蒸発させる。前記第２冷却水ライン２１を通じて前記メイン熱交換器５４に供給された冷却水は、前記メイン熱交換器５４の第２放熱部５４ｂを通過する冷媒を二次蒸発させることができる。
【０２１８】
そのため、前記メイン熱交換器５４は、冷媒の蒸発量を増大させることができる。
【０２１９】
その後、前記メイン熱交換器５４を通過した冷媒は、開放された前記第１バイパスライン６２に沿って前記アキュムレータ５５に供給される。
【０２２０】
前記アキュムレータ５５に供給された冷媒は気体と液体とに分離される。気体と液体に分離された冷媒中、気体冷媒は前記圧縮機５９に供給される。
【０２２１】
前記圧縮機５９から高温高圧の状態で圧縮された冷媒は、前記内部コンデンサ５２ａに流入する。
【０２２２】
ここで、前記開閉ドア５２ｃは、前記ＨＶＡＣモジュール５２に流入して前記蒸発器５８を通過した外気が前記内部コンデンサ５２ａを通過するように開放される。
【０２２３】
そのため、外部から流入した外気は、冷媒が供給されない前記蒸発器５８の通過時、冷却されない室温状態で流入する。流入した外気は、前記内部コンデンサ５２ａを通過しながら高温状態に変換され、選択的に作動する前記内部ヒーター５２ｂを通過して車両室内に流入することによって、車両室内の暖房が具現される。
【０２２４】
つまり、本実施形態によるヒートポンプシステムは、前記電装品１５と、前記モータ１６の廃熱が十分でない車両の初期走行時に暖房が要求される場合、前記電装品１５と、前記モータ１６の廃熱と共に外気熱源を吸収して冷媒の温度を上昇させるのに利用することによって、前記圧縮機５９の動力消耗を減らし、暖房効率を向上させることができる。
【０２２５】
本実施形態で、車両の暖房モード時に前記電装品１５、および前記モータ１６の廃熱を回収する場合に対する作動を、図６を参照して説明する。
【０２２６】
図６は、本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステムで暖房モードによるモータおよび電装品の廃熱回収に対する作動状態図である。
【０２２７】
図６を参照すれば、前記ヒートポンプシステムは、前記電装品１５と、前記モータ１６の廃熱が十分である場合、前記電装品１５と、前記モータ１６の廃熱を回収して室内暖房に利用することができる。
【０２２８】
まず、前記第１冷却装置１０は、前記第１ウォータポンプ１４の作動により前記電装品１５と前記モータ１６に冷却水を循環させる。ここで、前記第２バルブＶ２は、前記第１分岐ライン１８を開放し、前記電装品１５、および前記モータ１６と前記第１ラジエータ１２を連結する前記第１冷却水ライン１１を閉鎖する。
【０２２９】
そのため、前記電装品１５と前記モータ１６を通過した冷却水は、前記第１ラジエータ１２を通過せず、前記第１冷却水ライン１１に沿って継続して循環し、前記電装品１５と前記モータ１６から廃熱を吸収して温度が上昇する。
【０２３０】
温度が上昇した冷却水は、前記メイン熱交換器５４に供給される。
【０２３１】
つまり、前記電装品１５と前記モータ１６で発生した廃熱は、前記第１冷却水ライン１１を循環する冷却水の温度を上昇させる。
【０２３２】
前記第２冷却装置２０では、前記第２ウォータポンプ２６の作動が停止することによって、冷却水の循環が停止する。また、前記バッテリー冷却水ライン３１には作動が停止した前記第３ウォータポンプ３３によって冷却水が循環しない。
【０２３３】
つまり、前記第１冷却装置１０で温度が上昇した冷却水は、前記第１ウォータポンプ１４の作動により前記メイン熱交換器５４を通過しながら、前記メイン熱交換器５４から排出する冷媒の温度を上昇させながら回収される。
【０２３４】
一方、前記エアコン装置５０では車両室内を暖房するために、各構成要素が作動して冷媒ライン５１に沿って冷媒が循環する。
【０２３５】
ここで、前記メイン熱交換器５４と前記蒸発器５８を連結する前記冷媒ライン５１と、前記チラー７０と連結される前記冷媒連結ライン７２は、前記第１、および第２膨張バルブ５７、７４の作動により閉鎖される。
【０２３６】
また、前記第１バイパスライン６２は前記第３バルブＶ３の作動により開放され、前記第２バイパスライン６４は前記第４バルブＶ４の作動により閉鎖される。
【０２３７】
ここで、前記第３バルブＶ３は、前記メイン熱交換器５４と前記サブコンデンサ５６を連結する前記冷媒ライン５１を閉鎖する。
【０２３８】
そして、前記第３膨張バルブ６６は冷媒を膨張させて、前記メイン熱交換器５４に供給することができる。
【０２３９】
そのため、前記メイン熱交換器５４は前記第１冷却水ライン１１に沿って流動し、前記電装品１５、および前記モータ１６の廃熱を回収しながら温度が上昇した冷却水を用いて冷媒を蒸発させる。
【０２４０】
つまり、前記第１冷却水ライン１１を通じて前記メイン熱交換器５４に供給された冷却水は、前記メイン熱交換器５４の第１放熱部５４ａを通過する冷媒を蒸発させる。
【０２４１】
一方、前記第２放熱部５４ｂは、前記第２冷却水ライン２１を通じて冷却水の供給が中断されることによって、冷媒を二次蒸発させなくなる。
【０２４２】
しかし、前記第１放熱部５４ａに流入した冷却水が、前記モータ１５、および前記電装品１６から十分に廃熱を吸収して高温状態に流入することによって、前記メイン熱交換器５４は冷媒の蒸発量を増大させることができる。
【０２４３】
その後、前記メイン熱交換器５４を通過した冷媒は、開放された前記第１バイパスライン６２に沿って前記アキュムレータ５５に供給される。
【０２４４】
前記アキュムレータ５５に供給された冷媒は、気体と液体とに分離される。気体と液体とに分離された冷媒中、気体冷媒は前記圧縮機５９に供給される。
【０２４５】
前記圧縮機５９から高温高圧状態で圧縮された冷媒は、前記内部コンデンサ５２ａに流入する。
【０２４６】
ここで、前記開閉ドア５２ｃは前記ＨＶＡＣモジュール５２に流入して、前記蒸発器５８を通過した外気が前記内部コンデンサ５２ａを通過するように開放される。
【０２４７】
そのため、外部から流入した外気は、冷媒が供給されない前記蒸発器５８の通過時、冷却されない室温状態で流入する。流入した外気は、前記内部コンデンサ５２ａを通過しながら高温状態に変換され、選択的に作動する前記内部ヒーター５２ｂを通過して車両室内に流入することによって、車両室内の暖房が具現される。
【０２４８】
つまり、本実施形態によるヒートポンプシステムは、前記電装品１５と、前記モータ１６の廃熱が十分な状態で、暖房が要求される場合、前記電装品１５と、前記モータ１６の廃熱を吸収して冷媒の温度を上昇させるのに利用することによって、前記圧縮機５９の動力消耗を減らし、暖房効率を向上させることができる。
【０２４９】
本実施形態で、前記バッテリモジュール３０を充電した状態で、暖房モード時に前記電装品１５、および前記バッテリモジュール３０の廃熱を回収する場合に対する作動を図７を参照して説明する。
【０２５０】
図７は、本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステムで暖房モードによるバッテリモジュールの充電時にバッテリモジュールの廃熱回収に対する作動状態図である。
【０２５１】
図７を参照すれば、前記ヒートポンプシステムは、車両の充電時に前記充電器１５ｂと前記バッテリモジュール３０の廃熱を回収して室内暖房に利用することができる。
【０２５２】
まず、前記第１冷却装置１０は、前記第１ウォータポンプ１４の作動により前記電装品１５と前記モータ１６に冷却水を循環させる。この時、前記充電器１５ｂは作動し、前記インバータ１５ａと前記モータ１６は作動が停止する。そのため、前記充電器１５ｂから廃熱を吸収することができる。
【０２５３】
ここで、前記第２バルブＶ２は、前記第１分岐ライン１８を開放し、前記電装品１５、および前記モータ１６と前記第１ラジエータ１２を連結する前記第１冷却水ライン１１を閉鎖する。
【０２５４】
そのため、前記電装品１５と前記モータ１６を通過した冷却水は、前記第１ラジエータ１２を通過せず、前記第１冷却水ライン１１に沿って継続して循環し、前記充電器１５ｂから廃熱を吸収して温度が上昇する。
【０２５５】
温度が上昇した冷却水は、前記メイン熱交換器５４に供給される。
【０２５６】
つまり、前記充電器１５ｂで発生した廃熱は、前記第１冷却水ライン１１を循環する冷却水の温度を上昇させる。
【０２５７】
前記第２冷却装置２０では、前記第２ウォータポンプ２６の作動が停止することによって、冷却水の循環が停止する。
【０２５８】
前記第２分岐ライン８０は前記第１バルブＶ１の作動により開放され、前記第３分岐ライン９０が閉鎖される。
【０２５９】
そのため、前記バッテリモジュール３０と連結された前記バッテリー冷却水ライン３１は、開放された前記第２分岐ライン８０を通じて独立して冷却水が循環する密閉回路を形成することができる。
【０２６０】
それによって、前記第３ウォータポンプ３３の作動により前記バッテリー冷却水ライン３１と前記第２分岐ライン８０に沿って前記チラー７０および前記バッテリモジュール３０に冷却水が循環することができる。
【０２６１】
つまり、前記第１冷却装置１０で温度が上昇した冷却水は、前記第１ウォータポンプ１４の作動により前記メイン熱交換器５４を通過しながら、前記メイン熱交換器５４から排出する冷媒の温度を上昇させながら回収される。
【０２６２】
そして、前記バッテリー冷却水ライン３１と前記第２分岐ライン８０を循環する冷却水は、充電時に前記バッテリモジュール３０で発生した廃熱を吸収して温度が上昇する。
【０２６３】
一方、前記エアコン装置５０では車両室内を暖房するために、各構成要素が作動して冷媒ライン５１に沿って冷媒が循環する。
【０２６４】
ここで、前記メイン熱交換器５４と前記蒸発器５８を連結する前記冷媒ライン５１は、前記第１膨張バルブ５７の作動が停止することによって閉鎖される。
【０２６５】
そして、前記冷媒連結ライン７２は、前記第２膨張バルブ７４の作動により開放される。
【０２６６】
ここで、前記第２膨張バルブ７４は冷媒を膨張させて、前記チラー７０に供給することができる。
【０２６７】
また、前記第１バイパスライン６２は前記第３バルブＶ３の作動により開放され、前記第２バイパスライン６４は前記第４バルブＶ４の作動により閉鎖される。
【０２６８】
ここで、前記第３バルブＶ３は、前記メイン熱交換器５４と前記サブコンデンサ５６を連結する前記冷媒ライン５１を開放する。
【０２６９】
そして、前記第３膨張バルブ６６は冷媒を膨張させて、前記メイン熱交換器５４に供給することができる。
【０２７０】
そのため、前記メイン熱交換器５４は、前記第１冷却水ライン１１に沿って流動し、前記充電器１５ｂの廃熱を回収しながら温度が上昇した冷却水を用いて冷媒を蒸発させる。
【０２７１】
つまり、前記第１冷却水ライン１１を通じて前記メイン熱交換器５４に供給された冷却水は、前記メイン熱交換器５４の第１放熱部５４ａを通過する冷媒を蒸発させる。
【０２７２】
一方、前記第２放熱部５４ｂは、前記第２冷却水ライン２１を通じて冷却水の供給が中断されることによって、冷媒を二次蒸発させなくなる。
【０２７３】
その後、前記メイン熱交換器５４を通過した冷媒は、開放された前記第１バイパスライン６２に沿って前記アキュムレータ５５に供給される。
【０２７４】
前記アキュムレータ５５に供給された冷媒は気体と液体とに分離される。気体と液体とに分離された冷媒中、気体冷媒は前記圧縮機５９に供給される。
【０２７５】
これと同時に、前記第３バルブＶ３は、前記メイン熱交換器５４から排出する一部の冷媒を前記サブコンデンサ５６に供給することができる。ここで、車両は充電のために停車、または駐車中であるため、前記サブコンデンサ５６に供給された冷媒は、外気との熱交換なしに通過できる。
【０２７６】
前記サブコンデンサ５６を通過した冷媒は、前記第２膨張バルブ７６を通過しながら膨張し、前記冷媒連結ライン７２を通じて前記チラー７０に流入され得る。
【０２７７】
つまり、前記第３バルブＶ３は、前記アキュムレータ５５に供給された冷媒中、気体冷媒が前記圧縮機５９に供給されるように開放された前記第１バイパスライン６２を通じて前記アキュムレータ５５に冷媒を供給することができる。
【０２７８】
また、前記第３バルブＶ３は、前記チラー７０に冷媒が供給されるように前記冷媒連結ライン７２と連結された前記冷媒ライン５１を開放することができる。
【０２７９】
前記チラー７０に流入した冷媒は、前記チラー７０に流入した高温の冷却水と熱交換により蒸発された後、前記アキュムレータ５５を経て前記圧縮機５９に供給される。
【０２８０】
つまり、前記圧縮機５９には前記メイン熱交換器５４から蒸発された冷媒、および前記チラー７０から蒸発された冷媒が流入され得る。
【０２８１】
その後、前記圧縮機５９から高温高圧状態で圧縮された冷媒は、前記内部コンデンサ５２ａに流入する。
【０２８２】
ここで、前記開閉ドア５２ｃは、前記ＨＶＡＣモジュール５２に流入して前記蒸発器５８を通過した外気が、前記内部コンデンサ５２ａを通過するように開放される。
【０２８３】
そのため、外部から流入した外気は、冷媒が供給されない前記蒸発器５８の通過時、冷却されない室温状態で流入する。流入した外気は、前記内部コンデンサ５２ａを通過しながら高温状態に変換され、選択的に作動する前記内部ヒーター５２ｂを通過して車両室内に流入することによって、車両室内の暖房が具現される。
【０２８４】
つまり、本実施形態によるヒートポンプシステムは、前記バッテリモジュール３０の充電時に暖房が要求される場合、前記充電器１５ｂと、前記バッテリモジュール３０の廃熱を吸収して冷媒の温度を上昇させるのに利用することによって、前記圧縮機５９の動力消耗を減らし、暖房効率を向上させることができる。
【０２８５】
本実施形態で、車両の暖房および除湿モードによる前記電装品１５、およびモータ１６の廃熱を回収する場合に対する作動を図８を参照して説明する。
【０２８６】
図８は、本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステムで暖房および除湿モードによる作動状態図である。
【０２８７】
図８を参照すれば、前記ヒートポンプシステムは、車両の暖房および除湿モードで前記電装品１５と、前記モータ１６の廃熱を回収して室内暖房に利用することができる。
【０２８８】
まず、前記第１冷却装置１０は、前記第１ウォータポンプ１４の作動により前記電装品１５および前記モータ１６に冷却水を循環させる。ここで、前記第２バルブＶ２は、前記第１分岐ライン１８を開放し、前記電装品１５、および前記モータ１６と前記第１ラジエータ１２を連結する前記第１冷却水ライン１１を閉鎖する。
【０２８９】
そのため、前記電装品１５と前記モータ１６を通過した冷却水は、前記第１ラジエータ１２を通過せず、前記第１冷却水ライン１１に沿って継続して循環し、前記電装品１５と前記モータ１６から廃熱を吸収して温度が上昇する。
【０２９０】
温度が上昇した冷却水は、前記メイン熱交換器５４に供給される。
【０２９１】
つまり、前記電装品１５と前記モータ１６で発生した廃熱は、前記第１冷却水ライン１１を循環する冷却水の温度を上昇させる。
【０２９２】
前記第２冷却装置２０では、前記第２ウォータポンプ２６の作動が停止することによって、冷却水の循環が停止する。また、前記バッテリー冷却水ライン３１には、作動が停止した前記第３ウォータポンプ３３によって冷却水が循環しない。
【０２９３】
つまり、前記第１冷却装置１０で温度が上昇した冷却水は、前記第１ウォータポンプ１４の作動により前記メイン熱交換器５４を通過しながら、前記メイン熱交換器５４から排出する冷媒の温度を上昇させながら回収される。
【０２９４】
一方、前記エアコン装置５０では車両室内を暖房するために、各構成要素が作動して冷媒ライン５１に沿って冷媒が循環する。
【０２９５】
ここで、前記メイン熱交換器５４と前記蒸発器５８を連結する前記冷媒ライン５１と、前記チラー７０と連結される前記冷媒連結ライン７２は、前記第１、および第２膨張バルブ５７、７４の作動により閉鎖される。
【０２９６】
また、前記第１バイパスライン６２は前記第３バルブＶ３の作動により開放され、前記第２バイパスライン６４は前記第４バルブＶ４の作動により開放される。
【０２９７】
ここで、前記第３バルブＶ３は、前記メイン熱交換器５４と前記サブコンデンサ５６を連結する前記冷媒ライン５１を閉鎖する。
【０２９８】
そして、前記第３膨張バルブ６６は冷媒を膨張させて、前記メイン熱交換器５４と、開放された前記第２バイパスライン６４を通じて前記蒸発器５８にそれぞれ供給することができる。
【０２９９】
そのため、前記メイン熱交換器５４は、前記第１冷却水ライン１１に沿って流動し、前記電装品１５、および前記モータ１６の廃熱を回収しながら温度が上昇した冷却水を用いて冷媒を蒸発させる。
【０３００】
つまり、前記第１冷却水ライン１１を通じて前記メイン熱交換器５４に供給された冷却水は、前記メイン熱交換器５４の第１放熱部５４ａを通過する冷媒を蒸発させる。
【０３０１】
一方、前記第２放熱部５４ｂは、前記第２冷却水ライン２１を通じて冷却水の供給が中断されることによって、冷媒を二次蒸発させなくなる。
【０３０２】
しかし、前記第１放熱部５４ａに流入した冷却水が、前記モータ１５、および前記電装品１６から十分に廃熱を吸収して高温状態に流入することによって、前記メイン熱交換器５４は冷媒の蒸発量を増大させることができる。
【０３０３】
その後、前記メイン熱交換器５４を通過した冷媒は、開放された前記第１バイパスライン６２に沿って前記アキュムレータ５５に供給される。
【０３０４】
前記アキュムレータ５５に供給された冷媒は、気体と液体とに分離される。気体と液体とに分離された冷媒中、気体冷媒は前記圧縮機５９に供給される。
【０３０５】
一方、前記第２バイパスライン６４を通じて前記蒸発器５８に供給された膨張した冷媒は、前記蒸発器５８を通過する外気と熱交換された後、前記冷媒ライン５１に沿って前記アキュムレータ５５を経て前記圧縮機５９に供給される。
【０３０６】
つまり、前記蒸発器５８を通過した冷媒は、前記第１バイパスライン６２を通じて前記アキュムレータ５５に流入した冷媒と共に前記圧縮機５９に供給される。
【０３０７】
そして、前記圧縮機５９から高温高圧状態で圧縮された冷媒は、前記内部コンデンサ５２ａに流入する。
【０３０８】
ここで、前記開閉ドア５２ｃは前記ＨＶＡＣモジュール５２に流入して、前記蒸発器５８を通過した外気が、前記内部コンデンサ５２ａを通過するように開放される。
【０３０９】
つまり、前記ＨＶＡＣモジュール５２に流入する外気は、前記蒸発器５８に流入した低温状態の冷媒によって前記蒸発器５８を通過しながら除湿される。その後、前記内部コンデンサ５２ａを通過しながら高温状態に変換され、選択的に作動する前記内部ヒーター５２ｂを通過して車両室内に流入することによって、車両の室内を暖房および除湿することになる。
【０３１０】
つまり、本実施形態によるヒートポンプシステムは、車両の暖房および除湿モードで前記電装品１５、および前記モータ１６で発生する廃熱を冷媒の温度を上昇させるのに用いることで、前記圧縮機５９の動力消耗を減らし、暖房効率を向上させることができる。
【０３１１】
また、前記第３膨張バルブ６６の作動により膨張した冷媒中の一部を前記第２バイパスライン６４を通じて前記蒸発器５８に流入させて、前記第１膨張バルブ５７の作動なしに室内除湿を行うことができる。
【０３１２】
したがって、上述のように本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステムを適用すれば、電気自動車で冷却水と冷媒が熱交換される１つの前記チラー７０を用いて車両のモードに応じて、前記バッテリモジュール３０を昇温または冷却させることによって、システムを単純化することができる。
【０３１３】
また、本発明は、前記バッテリモジュール３０を車両のモードに合わせて効率的に昇温および冷却させることによって、前記バッテリモジュール３０の最適な性能発揮が可能になり、効率的な前記バッテリモジュール３０の管理により車両の全体的な走行距離を増加させることができる。
【０３１４】
また、本発明は、車両の暖房モードで外気熱源と、前記電装品１５、前記モータ１６、および前記バッテリモジュール３０の廃熱を選択的に利用することによって、暖房効率を向上させることができる。
【０３１５】
また、本発明は、前記第１、および第２冷却装置１０、２０から供給されるそれぞれの冷却水を用いて冷媒を二重に凝縮または蒸発させる前記メイン熱交換器５４を通じて冷媒の凝縮または蒸発性能を増大させることによって、冷房性能を向上させ、前記圧縮機５９の消耗動力を減らすことができる。
【０３１６】
さらに、本発明は、全体システムの簡素化によって製作コストの節減および重量縮小が可能で、空間活用性を向上させることができる。
【０３１７】
以上、本発明は限定された実施形態および図面によって説明されたが、本発明はこれによって限定されず、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって本発明の技術思想と以下に記載される特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正および変形が可能であることはもちろんである。
【符号の説明】
【０３１８】
１０、２０：第１、第２冷却装置
１１、２１：第１、第２冷却水ライン
１２、２２：第１、第２ラジエータ
１３：クーリングファン
１４、２６：第１、第２ウォータポンプ
１５：電装品
１６：モータ
１８：第１分岐ライン
１９、２７：第１、第２リザーバタンク
３０：バッテリモジュール
３１：バッテリー冷却水ライン
３３：第３ウォータポンプ
３５：加熱器
５０：エアコン装置
５１：冷媒ライン
５２：ＨＶＡＣモジュール
５４：メイン熱交換器
５５：アキュムレータ
５６：サブコンデンサ
５７：第１膨張バルブ
５８：蒸発器
５９：圧縮機
６２、６４：第１、第２バイパスライン
７０：チラー
７２：冷媒連結ライン
８０：第２分岐ライン
９０：第３分岐ライン
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４：第１、第２、第３、第４バルブ
【図１】
2020179839.tif 000003
【図２】
2020179839.tif 000004
【図３】
2020179839.tif 000005
【図４】
2020179839.tif 000006
【図５】
2020179839.tif 000007
【図６】
2020179839.tif 000008
【図７】
2020179839.tif 000009
【図８】
2020179839.tif 000010