(57)【要約】      （修正有）【課題】車両用ヒートポンプシステムおよびその制御方法の提供【解決手段】冷却ラインＣ．Ｌを通じてモータ１１１と電装品１１２に冷却水を供給およ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Ｒ．Ｌを通じて連結するエアコン手段１５０を含む車両用ヒートポンプシステム１００において、前記クーリング手段１１０は、ラジエータ１１５とクーリングファン１１７とウォータポンプ１１３を含み、前記冷却ラインＣ．Ｌと連結し、車両の各モードに応じて前記モータ１１１と電装品１１２から発生する廃熱源を利用して冷却水の温度を変化させ、前記冷媒ラインＲ．Ｌと連結して流入した冷媒を内部で冷却水と相互熱交換させる水冷コンデンサ１３０、および前記水冷コンデンサ１３０と冷媒ラインＲ．Ｌを通じて直列に連結し、前記ラジエータ１１５の前方に配置される空冷コンデンサ１３１をさらに含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却ラインを通じてモータと電装品に冷却水を供給およ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を通じて連結するエアコン手段を含み、
前記クーリング手段は、供給された冷却水を外気との熱交換によって冷却させるラジエータと、前記ラジエータに風を送風するクーリングファンと、前記冷却ラインに沿って冷却水を循環させるウォータポンプを含み、
前記冷却ラインと連結し、車両の各モードに応じて前記モータと電装品から発生する廃熱源を利用して冷却水の温度を変化させ、前記冷媒ラインと連結して流入した冷媒を内部で冷却水と相互熱交換させる水冷コンデンサ、および
前記水冷コンデンサと冷媒ラインを通じて直列に連結し、内部に流入した冷媒を外気と相互熱交換させる空冷コンデンサ、
を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】
前記エアコン手段は、
暖房、冷房、およ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ＰＴＣヒータに流入す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、
前記蒸発器と冷媒ラインを通じて連結し、気体状態の冷媒を圧縮させる圧縮器、
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、
前記圧縮器から排出する冷媒を車両のモードに応じて前記水冷コンデンサまたは前記内部凝縮器に選択的に供給する第１バルブ、
前記内部凝縮器を通過した冷媒の供給を受けて膨張させる第１膨張バルブ、
前記第１膨張バルブを通じて膨張した冷媒を前記水冷コンデンサと空冷コンデンサを順に通過させた後、前記蒸発器やアキュムレータに選択的に供給する第２バルブ、および
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する冷媒を膨張させる第２膨張バルブ、
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】
前記圧縮器と第１バルブを連結する冷媒ライン上には、
圧力センサが装着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。
【請求項４】
前記クーリング手段とエアコン手段は、
前記制御器の制御信号によって作動す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５】
前記クーリング手段は、
前記ウォータポンプとラジエ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、および除湿モードに応じて前記ウォータポンプから供給される冷却水を前記水冷コンデンサに直ぐに供給するように前記冷却ラインをバイパスさせる分岐ラインと、
前記冷却ラインと分岐ラインを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６】
前記第１、２、および３バルブは、
３ウェイバルブで構成されることを特徴とする、請求項２または５に記載の車両用ヒートポンプシステム。
【請求項７】
前記空冷コンデンサは、
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８】
前記開閉膜は、
前記制御器の制御信号によって作動するものであって、暖房モードでは閉鎖し、冷房モードと除湿モードでは開放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】
制御器と連結し、冷却ラインを通じて相互連結し、ラジエータ、ウォータポンプ、電装品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し、複数のバルブと膨張バルブ、圧縮器、アキュムレータ、蒸発器および内部凝縮器、ＰＴＣヒータ、および開閉ドアで構成されたＨＶＡＣモジュールを含むエアコン手段を含み、
使用者の選択に応じて暖房モード、冷房モード、およ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の制御方法であって、
前記ヒートポンプシステムは、前記冷却ラインと、冷媒ラインに連結する水冷コンデンサと、前記ラジエータの前方に配置される空冷コンデンサを含み、
使用者の選択に応じてモード別に前記エアコン手段を循環する冷媒の移動経路が前記各バルブの作動によって変更され、前記ＨＶＡＣモジュールの開閉ドアが選択的に開閉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】
前記暖房モードは、
前記クーリング手段で前記モータと電装品から発生する廃熱源によって前記水冷コンデンサに流入し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した冷媒と熱交換させ、前記水冷コンデンサを通過した冷媒を前記空冷コンデンサに流入させて外気の熱源と熱交換させ、
前記エアコン手段では、前記水冷コンデンサと空冷コンデンサでそれぞれ冷却水、および外気との熱交換によって加熱した冷媒を第２バルブの開放によっ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バルブの作動によって前記ＨＶＡＣ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と空冷コンデンサに順に供給して循環させ、外部から前記ＨＶＡＣ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し、流入し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、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】
前記冷房モードは、
前記クーリング手段で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した冷却水を冷却させた状態で、前記水冷コンデンサに流入させ、冷媒との熱交換によって冷却させた状態で前記冷却ラインに沿って循環させて前記電装品とモータを冷却させると同時に、前記水冷コンデンサを通過しながら冷却水と熱交換した冷媒を前記空冷コンデンサに流入させて外気と２次的に熱交換させて冷媒の温度を低め、
前記エアコン手段では、前記空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ＨＶＡＣモジュールの蒸発器と連結した第２膨張バルブに流入するように第２バルブを作動させ、膨張し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によって蒸発した冷媒を排出し、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バルブの作動によって前記水冷コンデンサと連結した冷媒ラインを開放して循環させ、
前記蒸発器に流入した冷媒によって前記蒸発器を通過しながら冷却した外気が前記内部凝縮器に流入しないように前記開閉ドアを閉鎖し、前記蒸発器を通過しながら冷却し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し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】
前記除湿モードは、
前記クーリング手段で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した冷却水を冷却させた状態で、前記水冷コンデンサに流入した低温の冷却水と冷媒を相互熱交換させて冷却水と冷媒の温度を低めると同時に、冷却した冷却水によって前記ウォータポンプの作動によって前記モータと電装品を冷却させ、
前記エアコン手段で、前記水冷コンデンサと空冷コンデンサを順に通過しながら、冷却水および外気と熱交換しながら冷却した低温の冷媒が前記ＨＶＡＣモジュールの蒸発器と連結した第２膨張バルブに流入するように第２バルブを開放させ、膨張し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によって蒸発した冷媒を排出し、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バルブの作動によって前記内部凝縮器と連結し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ＨＶＡＣモジュールの蒸発器を通過しながら冷却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し、流入し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】
前記除湿モードでは、
前記制御器が前記第１、第２膨張バルブの開度量調節によっ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】
前記除湿モードでは、
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し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１６】
前記暖房モード、冷房モード、および除湿モードは、
前記制御器が前記電装品から発生する廃熱源の温度状態と、冷却水と冷媒の温度状態により、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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水熱源と空気熱源を同時に使用し、モータと電装品から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およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、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、圧縮器の駆動によって吐出される熱交換媒体が凝縮器、レシーバドライヤ、膨張バルブ、および蒸発器を経て再び圧縮器に循環する。この過程において、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、高温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。
【０００３】
一方、親環境自動車は、通常、燃料電池や電気を動力源として駆動する電気自動車と、エンジンや電気バッテリーを利用して駆動するハイブリッド自動車とに区分される。
このような親環境自動車のうち、電気自動車にはヒートポンプシステムが備えられる。
【０００４】
電気自動車は、暖房モードにおいて、高温／高圧の気相冷媒がバルブを通じて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、熱交換した外気がＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）ヒータを通過しながら車両の室内に流入することにより、車両の室内温度を高めるようになる。
しかし、上述したような圧縮器をはじめとする熱交換器およ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という問題点がある。
【０００５】
また、冬季には外部凝縮器に表面結氷が発生することによって熱交換媒体の熱交換効率と暖房性能および効率が低下し、冷房モードから暖房モードに転換する場合、蒸発器外部に残留した凝縮水によって湿度が増加し、車両の車窓に湿気が多くなる。
これを防ぐために、外部凝縮器の表面結氷を除去する除霜モードでは、コンプレッサの作動を中止してＰＴＣヒータだけで暖房を行わなければならないことにより、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および暖房走行時に走行距離が短縮するという問題点がある。
【０００６】
さらに、外気温度が低い場合には暖房性能が著しく不足し、システムが不安定なだけでなく、液冷媒が圧縮器に流入するときに圧縮器の耐久性が低下するという問題点もある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の実施形態は、車両用ヒートポンプシステムおよびその制御方法に関し、より詳細には、水熱源と空気熱源を同時に使用し、モータと電装品から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、極低温時には外部凝縮器の外部積霜を防ぐようにする、車両用ヒートポンプシステムおよびその制御方法を提供することを目的とする。
【０００８】
また、車両の暖房モードにおいて発生し得る暖房負荷を減少させることにより、同じ動力によって車両の全体的な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およびその制御方法を提供することを他の目的とする。
【０００９】
本発明の実施形態では、冷却ラインを通じてモータと電装品に冷却水を供給およ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を通じて連結するエアコン手段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、車両の前方に備えられ、供給された冷却水を外気との熱交換によって冷却させるラジエータと、前記ラジエータに風を送風するクーリングファンと、前記冷却ラインに沿って冷却水を循環させるウォータポンプを含み、前記冷却ラインと連結し、車両の各モードに応じて前記モータと電装品から発生する廃熱源を利用して冷却水の温度を変化させ、前記冷媒ラインと連結して流入した冷媒を内部で冷却水と相互熱交換させる水冷コンデンサ、および前記水冷コンデンサと冷媒ラインを通じて直列に連結し、前記ラジエータの前方に配置され、内部に流入した冷媒を外気と相互熱交換させる空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を提供することをさらに他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記エアコン手段は、暖房、冷房、およ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ＰＴＣヒータに流入す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、前記蒸発器と冷媒ラインを通じて連結し、気体状態の冷媒を圧縮させる圧縮器、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、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水冷コンデンサまたは前記内部凝縮器に選択的に供給する第１バルブ、前記内部凝縮器を通過した冷媒の供給を受けて膨張させる第１膨張バルブ、前記第１膨張バルブによって膨張した冷媒を前記水冷コンデンサと空冷コンデンサを順に通過させた後、前記蒸発器やアキュムレータに選択的に供給する第２バルブ、および前記蒸発器と第２バルブの間に備えられ、前記第２バルブの開閉によって流入する冷媒を膨張させる第２膨張バルブを含んでもよい。
【００１１】
前記圧縮器と第１バルブを連結する冷媒ライン上には、圧力センサが装着されてもよい。
前記第１バルブと前記第２バルブは、３ウェイ（３−ｗａｙ）バルブで構成されてもよい。
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し、前記制御器の制御信号によって作動してもよい。
前記クーリング手段は、前記ウォータポンプとラジエ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、および除湿モードに応じて前記ウォータポンプから供給される冷却水を前記水冷コンデンサに直ぐに供給するように前記冷却ラインをバイパスさせる分岐ラインと、前記冷却ラインと分岐ラインを選択的に連結する第３バルブをさらに含んでもよい。
【００１２】
前記第３バルブは、３ウェイバルブで構成されてもよい。
前記空冷コンデンサは、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てもよい。
前記開閉膜は、前記制御器の制御信号によって作動するものであって、暖房モードでは閉鎖し、冷房モードと除湿モードでは開放してもよい。
【００１３】
また、上述したような構成を有する本発明の実施形態に係る車両用ヒートポンプシステム制御方法は、制御器と連結し、それぞれ冷却ラインを通じて相互連結し、ラジエータ、ウォータポンプ、電装品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し、複数のバルブと膨張バルブ、圧縮器、アキュムレータ、蒸発器および内部凝縮器、ＰＴＣヒータ、および開閉ドアで構成されたＨＶＡＣモジュールを含むエアコン手段を含むヒートポンプシステムにおいて、使用者の選択に応じて暖房モード、冷房モード、およ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であって、前記ヒートポンプシステムは、前記冷却ラインと冷媒ラインに連結する水冷コンデンサと、前記ラジエータの前方に配置される空冷コンデンサをさらに含んで構成され、使用者の選択に応じて各モード別に前記エアコン手段を循環する冷媒の移動経路が前記各バルブの作動によって変更され、前記ＨＶＡＣモジュールの開閉ドアが選択的に開閉してもよい。
【００１４】
前記暖房モードは、前記クーリング手段では前記モータと電装品から発生する廃熱源によって前記水冷コンデンサに流入する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した冷媒と熱交換させ、前記水冷コンデンサを通過した冷媒を前記空冷コンデンサに流入させて外気の熱源と熱交換させ、前記エアコン手段では前記水冷コンデンサと空冷コンデンサでそれぞれ冷却水および外気との熱交換によって加熱した冷媒を第２バルブの開放によっ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バルブの作動によって前記ＨＶＡＣ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膨張バルブによって膨張させた状態で、前記水冷コンデンサと空冷コンデンサに順に供給して循環させ、外部から前記ＨＶＡＣ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し、流入し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してもよい。
【００１５】
前記冷房モードは、前記クーリング手段で、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した冷却水を冷却させた状態で、前記水冷コンデンサに流入させて冷媒との熱交換によって冷却させた状態で、前記冷却ラインに沿って循環させて前記電装品とモータを冷却させると同時に、前記水冷コンデンサを通過しながら冷却水と熱交換した冷媒を前記空冷コンデンサに流入させて外気と２次的に熱交換させて冷媒の温度を低め、前記エアコン手段では、前記空冷コンデンサを通過しながら冷却した低温の冷媒が前記ＨＶＡＣモジュールの蒸発器と連結した第２膨張バルブに流入するように第２バルブを作動させて膨張し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によって蒸発し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バルブの作動によって前記水冷コンデンサと連結した冷媒ラインを開放して循環させ、前記蒸発器に流入した冷媒によって前記蒸発器を通過しながら冷却した外気が前記内部凝縮器に流入しないように前記開閉ドアを閉鎖し、前記蒸発器を通過しながら冷却した外気を車両の内部に直接流入させて車両室内を冷房してもよい。
【００１６】
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することにより、前記ラジエータに走行風を流入させてもよい。
前記除湿モードは、前記クーリング手段で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した冷却水を冷却させた状態で、前記水冷コンデンサに流入した低温の冷却水と冷媒を相互熱交換させて冷却水と冷媒の温度を低めると同時に、冷却した冷却水によって前記ウォータポンプの作動によって前記モータと電装品を冷却させ、前記エアコン手段で前記水冷コンデンサと空冷コンデンサを順に通過しながら冷却水および外気と熱交換しながら冷却した低温の冷媒が前記ＨＶＡＣモジュールの蒸発器と連結した第２膨張バルブに流入するように第２バルブを開放させ、膨張し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によって蒸発し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バルブの作動によって前記内部凝縮器と連結し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膨張バルブによっ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ＨＶＡＣモジュールの蒸発器を通過しながら冷却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、流入し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してもよい。
【００１７】
前記除湿モードでは、前記制御器が前記第１、第２膨張バルブの開度量調節によって冷媒の膨張量を調節してもよい。
前記除湿モードでは、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することにより、前記ラジエータに走行風を流入させてもよい。
前記暖房モード、冷房モード、および除湿モードは、前記制御器が前記電装品から発生する廃熱源の温度状態と冷却水と冷媒の温度状態により、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してもよい。
【発明の効果】
【００１８】
上述したように、本発明の実施形態に係る車両用ヒートポンプシステムおよ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と、空気熱源を利用する空冷コンデンサを備え、冷媒の流動を直列に連結するように構成することにより、モータと電装品から発生する廃熱源と外気の熱源を利用することによって全体的な暖房性能および効率と除湿性能を向上させ、極低温時に空冷コンデンサの外部積霜を防ぐことができる。
また、車両の周囲環境に応じ、使用者がＰＴＣヒータを作動させずに廃熱源を利用したり廃熱源とＰＴＣヒータを共に作動させて暖房モードを作動させることによって電源使用量が増加するのを防ぐと同時に、暖房負荷を減少させ、同じ動力によって車両の全体的な走行距離を増加させるという長所があり、ヒートポンプシステムの全体的な商品性を向上させることができる。
【００１９】
車両の冷房モードでは、低速運転条件時にモータと電装品の電熱量は小さいがエアコン電熱量が大きい条件であるＩＤＬＥおよび低速運転条件時、水冷コンデンサに流入する冷却水温が低くなり、水冷コンデンサと空冷コンデンサの同時適用によって冷媒凝縮量を増大させることにより、冷房性能を向上させることができる。
また、除湿モードでは、３ウェイバルブの適用によって頻繁なバルブ開閉作動を減らすことにより、バルブ開閉作動による騒音および振動発生を低減させることができ、中温多湿条件で除湿モードを持続して使用することができるため、室内湿度の減少による凝縮水残留量を減らして湿気が発生する条件を縮小することができる。
【００２０】
また、コンデンサの熱交換媒体として外気と冷却水と共に使用することにより、各構成要素の構造を簡素化すると同時に、１つのラジエータによってモータと電装品を冷却させることができ、通気抵抗の縮小によって全体的なシステムパッケージの縮小およびラジエータの効率を向上させることができる。
さらに、水冷コンデンサでモータと電装品から発生した廃熱源を利用して冷却水と冷媒の熱交換を行うことにより、極低温条件で従来の空冷コンデンサを単独で適用するときに発生していた外部結氷による熱交換性能の低下を未然に防ぐことができ、別途の除霜モードがなくても空冷コンデンサの外部積霜を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係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】本発明の第１実施形態に係る車両用ヒートポンプシステムの暖房モード作動状態図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る車両用ヒートポンプシステムの冷房モード作動状態図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る車両用ヒートポンプシステムの除湿モード作動状態図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係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６】本発明の第３実施形態に係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。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好ましい実施形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
これに先立ち、本明細書に記載された実施形態と図面に示された構成は本発明の最も好ましい一例に過ぎず、本発明の技術的な思想をすべて代弁するものではないため、本出願時点においてこれらを代替することができる多様な均等物と変形例があり得ることを理解しなければならない。
【００２３】
図１は、本発明の第１実施形態に係る車両用ヒートポンプシステムの構成図である。
図を参照すれば、本発明の例示的な実施形態に係る車両用ヒートポンプシステム１００およびその制御方法は、水熱源と空気熱源を同時に使用し、モータ１１１と電装品１１２から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、極低温時には外部凝縮器の外部積霜を防ぐことができる構造からなる。
【００２４】
また、車両の暖房モードで発生し得る暖房負荷を減少させることにより、同じ動力によって車両の全体的な走行距離を増加させることができる構造からなる。
このために、本発明の実施形態に係る車両用ヒートポンプシステム１００は、図１で示すように、基本的に冷却水が流動する冷却ライン（Ｃｏｏｌｉｎｇ  Ｌｉｎｅ：以下、「Ｃ．Ｌ」とする）を通じてモータ１１１と電装品１１２およびエンジン（図示せず）に冷却水を供給およ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が流動する冷媒ライン（Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ  Ｌｉｎｅ：以下、「Ｒ．Ｌ」とする）を通じて連結したエアコン手段１５０を含んで構成される。
【００２５】
本実施形態において、前記クーリング手段１１０は、車両の前方に備えられ、ウォータポンプ１１３の作動によって冷却ライン（Ｃ．Ｌ）に沿って冷却水を循環させ、供給された冷却水を外気との熱交換によって冷却させるラジエータ１１５と、前記ラジエータ１１５に風を送風するように前記ラジエータ１１５の後方に装着されるクーリングファン１１７を含んで構成される。
また、本実施形態に係るヒートポンプシステム１００は、前記冷却ライン（Ｃ．Ｌ）と冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）がそれぞれ連結する水冷コンデンサ１３０と、前記水冷コンデンサ１３０と冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）を通じて連結する空冷コンデンサ１３１をさらに含んで構成される。
【００２６】
先ず、前記水冷コンデンサ１３０は、前記冷却ライン（Ｃ．Ｌ）と連結し、車両の各モードに応じて前記モータ１１１と電装品１１２から発生する廃熱源を利用して冷却水の温度を変化させることにより、前記冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）と連結して流入した冷媒を内部で冷却水と相互熱交換させるようになる。
ここで、前記水冷コンデンサ１３０は、内部に温度センサ（図示せず）が備えられるが、前記温度センサは、流入した冷却水の水温と冷媒の温度を感知するようになる。
【００２７】
一方、本実施形態では、前記水冷コンデンサ１３０がラジエータ１１５と別途に備えられ、冷却ライン（Ｃ、Ｌ）を通じて相互連結することを一例として説明しているが、これに限定されることはなく、前記水冷コンデンサ１３０はラジエータ１１５の内部に一体形に構成されてもよい。
本実施形態において、前記空冷コンデンサ１３１は、前記水冷コンデンサ１３０と冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）を通じて直列に連結し、前記ラジエータ１１５の前方に配置され、内部に流入した冷媒を外気と相互熱交換させるようになる。
【００２８】
本実施形態において、前記エアコン手段１５０は、ＨＶＡＣモジュール（Ｈｅａｔｉｎｇ、Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ、ａｎｄ  Ａｉｒ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）１５１、圧縮器１６１、アキュムレータ１６３、第１、第２バルブ１６５、１６７、第１、第２膨張バルブ１６９、１７１で構成されるが、これらを各構成別にさらに詳しく説明する。
先ず、前記ＨＶＡＣモジュール１５１は、冷房、暖房、およ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ＰＴＣヒータ１５５に流入す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。
【００２９】
すなわち、前記開閉ドア１５９は、車両の暖房時には、前記蒸発器１５７を通過した外気が内部凝縮器１５３とＰＴＣヒータ１５５に流入するように開放し、冷房時には、前記蒸発器１５７を通過しながら冷却した外気が車両内部に直ぐに流入するように内部凝縮器１５３とＰＴＣヒータ１５５側を閉鎖するようになる。
本実施形態において、前記圧縮器１６１は、前記蒸発器１５７と冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）を通じて連結し、気体状態の冷媒を圧縮させるようになる。
【００３０】
前記アキュムレータ１６３は、前記圧縮器１６１と蒸発器１５７の間で冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）上に備えられ、前記圧縮器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した後、貯蔵された液体冷媒を気化させて再び圧縮器１６１に気体冷媒を供給することにより、圧縮器１６１の効率および耐久性を向上させるようになる。
本実施形態において、前記第１バルブ１６５は、前記圧縮器１６１から排出する冷媒を車両のモードに応じて前記内部凝縮器１５３に選択的に供給し、前記第１膨張バルブ１６９は、前記内部凝縮器１５３を通過した冷媒の供給を受けて膨張させるようになる。
【００３１】
本実施形態において、前記第１バルブ１６５は、前記圧縮器１６１から排出する冷媒を車両のモードに応じて前記水冷コンデンサ１３０または内部凝縮器１５３に選択的に供給する。
前記第１膨張バルブ１６９は、前記内部凝縮器１５３を通過した冷媒を冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）を通じて供給されて膨張させるようになる。
ここで、前記圧縮器１６１と第１バルブ１６５の間で、前記冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）上には圧力センサ１７５が装着され、前記圧縮器１６１から圧縮した状態で排出される冷媒の圧力を感知するようになる。
【００３２】
前記第２バルブ１６７は、前記第１膨張バルブ１６９を通じて膨張した冷媒を前記水冷コンデンサ１３０と空冷コンデンサ１３１を順に通過させた後、前記蒸発器１５７やアキュムレータ１６３に選択的に供給するようになる。
また、前記第２膨張バルブ１６７は、前記蒸発器１５７と第２バルブ１６７の間に備えられ、前記第２バルブ１６７の開閉によって流入する冷媒を膨張させて前記蒸発器１５７に供給するようになる。
【００３３】
ここで、前記第１バルブ１６５は、冷媒を水冷コンデンサ１３０や内部凝縮器１５３に供給し、第２バルブ１６７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ウェイバルブで構成されることが好ましい。
このような構成を有する前記クーリング手段１１０とエアコン手段１５０はそれぞれ制御器１８０と連結し、前記制御器１８０の制御信号によって作動する。
【００３４】
すなわち、前記制御器１８０は、使用者の選択による車両の暖房モード、冷房モード、および除湿モードと、前記コンデンサ１３０の温度センサから出力された信号により、前記クーリング手段１１０のクーリングファン１１７とウォータポンプ１１３を制御するようになる。
また、前記制御器１８０は、車両のモードに応じて前記エアコン手段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、第１、第２バルブ１６５、１６７の開閉作動を制御し、前記第１、第２膨張バルブ１６９、１７１を制御して冷媒の膨張量を制御するようになる。
【００３５】
以下、上述したように構成される本発明の実施形態に係る車両用ヒートポンプシステムの作動および制御方法を、図２〜図４を参照しながら具体的に説明する。
図２〜図４は、本発明の第１実施形態に係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、および除湿モードの作動状態図である。
【００３６】
先ず、本発明の第１実施形態に係る車両用ヒートポンプシステム制御方法はそれぞれ制御器１８０と連結し、それぞれ冷却ライン（Ｃ．Ｌ）を通じて相互連結し、ラジエータ１１５、ウォータポンプ１１３、モータ１１１、電装品１１２を含むクーリング手段１１０と、それぞれ冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）を通じて相互連結し、複数のバルブ１６５、１６７と膨張バルブ１６９、１７１、圧縮器１６１、アキュムレータ１６３、蒸発器１５７および内部凝縮器１５３、ＰＴＣヒータ１５５、および開閉ドア１５９で構成されたＨＶＡＣモジュール１５１を含むエアコン手段１５０を含むヒートポンプシステム１００に適用される。
ここで、前記ヒートポンプシステム１００は、上述したように、前記冷却ライン（Ｃ．Ｌ）と冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）に連結する水冷コンデンサ１３０と、前記ラジエータ１１５の前方に配置され、前記水冷コンデンサ１３０と冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）を通じて直列に連結する空冷コンデンサ１３１をさらに含んで構成される。
【００３７】
このようなヒートポンプシステム１００の制御方法は、使用者の選択に応じて各モード別に前記エアコン手段１５０を循環する冷媒の移動経路が前記各バルブ１６５、１６７の作動によって変更され、前記ＨＶＡＣモジュール１５１の開閉ドア１５９が選択的に開閉してもよい。
すなわち、本発明の実施形態に係るヒートポンプシステム１００の暖房モード、冷房モード、および除湿モードは、使用者の選択または自動調節に応じて作動されてもよい。
先ず、ヒートポンプシステム１００の暖房モード時の作動および制御方法を、図２を参照しながら説明する。
【００３８】
図２を参照すれば、暖房モードで、前記クーリング手段１１０は、モータ１１１と電装品１１２から発生する廃熱源を利用して前記水冷コンデンサ１３０に流入する冷却水の温度を上昇させ、前記冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）を通じて水冷コンデンサ１３０に流入した冷媒と熱交換させるようになる。
また、前記水冷コンデンサ１３０を通過した冷媒は、前記空冷コンデンサ１３１に流入し、空冷コンデンサ１３１を通過しながら外気との熱交換によって凝縮される。
【００３９】
このとき、前記クーリングファン１１７は、作動が中止されたり風速が低下することにより、前記ラジエータ１１５に流入した冷却水の冷却を遅延させたり防ぐようになる。
このような状態で、前記水冷コンデンサ１３０は、前記冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）を通じて流入した冷媒との熱交換によって冷媒の温度を上昇させるようになる。
ここで、前記制御器１８０は、水冷コンデンサ１３０に装着した温度センサによって冷却水と冷媒の温度を判断し、モータ１１１と電装品１１２から発生する廃熱源の温度状態、冷却水の温度状態、および冷媒の圧力状態によってウォータポンプ１１３の流量を制御したり、クーリングファン１１７の風量を制御するようになる。
【００４０】
また、前記エアコン手段１５０は、水冷コンデンサ１３０と空冷コンデンサ１３１でそれぞれ冷却水および外気との熱交換によって加熱した冷媒を、第２バルブ１６７の開放によって冷媒ライン（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。
これにより、冷媒は、前記圧縮器１６１を通過しながら高温高圧状態の気体冷媒に圧縮された状態で、前記内部凝縮器１５３と連結した冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）が前記第１バルブ１６５によって開放して前記内部凝縮器１５３に供給される。
【００４１】
ここで、前記圧縮器１６１と第１バルブ１６５の間で前記冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）上に装着された圧力センサ１７５は、前記圧縮器１６１から排出する冷媒の圧力を測定し、前記制御器１８０にその測定値を出力するようになる。
前記制御器１８０は、前記圧力センサ１７５から出力された測定値に応じて冷媒の圧力を判断し、要求された車両状態に応じて前記第１バルブ１６５の開度量を調節するようになる。
【００４２】
前記内部凝縮器１５３を通過した冷媒は、前記第１膨張バルブ１６９を通じて膨張した状態で、前記冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）に沿って移動して前記水冷コンデンサ１３０と空冷コンデンサ１３１を順に通過して循環するようになり、上述したような作動の反復によって前記冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）に沿って循環するようになる。
すなわち、暖房モードでは、高温高圧状態の気体冷媒が前記内部凝縮器１５３に供給されれば、前記制御器１８０が外部から前記ＨＶＡＣモジュール１５１の蒸発器１５７を通過した外気が前記内部凝縮器１５３を通過するように前記開閉ドア１５９を開放させるようになる。
【００４３】
これにより、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１５７を通過するとき、冷却されてない室温状態で流入し、前記内部凝縮器１５３を通過しながら高温状態に変換され、前記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。
本実施形態において、前記ヒートポンプシステム１００の冷房モード時の作動および制御方法を、図３を参照しながら説明する。
【００４４】
先ず、冷房モードで、前記クーリング手段１１０は、図３で示すように、前記制御器１８０によってクーリングファン１１７が作動し、外気と共にラジエータ１１５に流入した冷却水を冷却させるようになる。
このとき、前記クーリングファン１１７は最大速度で作動し、ラジエータ１１５を通過する冷却水を最大限に冷却するようになる。
このような状態で、冷却された冷却水は、前記ウォータポンプ１１３の作動によって前記冷却ライン（Ｃ．Ｌ）に沿って循環し、前記水冷コンデンサ１３０を通過しながら冷媒との熱交換によって冷却された状態で前記モータ１１１と電装品１１２を冷却させるようになる。
【００４５】
一方、冷媒は、前記水冷コンデンサ１３０を通過しながら冷却水と熱交換した状態で前記空冷コンデンサ１３１に流入して外気と２次的に熱交換することにより、温度が低まって効率的に凝縮する。
ここで、前記制御器１８０は、水冷コンデンサ１３０に装着した温度センサによって冷却水の温度を判断し、モータ１１１と電装品１１２から発生する廃熱源の温度状態や冷却水の温度状態により、ウォータポンプ１１３の流量を制御したりクーリングファン１１７の風量を制御するようになる。
【００４６】
また、前記制御器１８０は、前記エアコン手段１５０で空冷コンデンサ１３１を通過しながら冷却された低温の冷媒が前記ＨＶＡＣモジュール１５１の蒸発器１５７と連結した第２膨張バルブ１７１に流入するように第２バルブ１６７を作動させて冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）を開放するようになる。
前記第２膨張バルブ１７１に流入した低温の冷媒は、膨張した状態で、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で外気との熱交換によって蒸発し、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。
【００４７】
上述したような作動によって圧縮された冷媒は、第１バルブ１６５の作動によって再び前記水冷コンデンサ１３０と連結した冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）の開放により、上述したような作動を反復して行いながら前記冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）に沿って循環するようになる。
ここで、前記ＨＶＡＣモジュール１５１に流入する外気は、前記蒸発器１５７に流入した低温状態の冷媒によって前記蒸発器１５７を通過しながら冷却される。
【００４８】
このとき、前記開閉ドア１５９は、冷却した外気が前記内部凝縮器１５３とＰＴＣヒータ１５５を通過しないように前記内部凝縮器１５３に通過する部分を閉鎖し、冷却し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。
また、前記ヒートポンプシステム１００の除湿モード時の作動および制御方法を、図４を参照しながら説明する。
まず、前記除湿モードで前記クーリング手段１１０は、図４で示すように、前記制御器１８０によってクーリングファン１１７が作動し、外気と共にラジエータ１１５に流入した冷却水を冷却させるようになる。
【００４９】
このような状態で、冷却された冷却水は、前記ウォータポンプ１１３の作動によって水冷コンデンサ１３０に流入し、冷媒との相互熱交換によって温度が低くなった状態で、前記冷却ライン（Ｃ．Ｌ）に沿って循環してモータ１１１と電装品１１２を冷却させるようになる。
ここで、前記制御器１８０は、水冷コンデンサ１３０に装着した温度センサによって冷却水と冷媒の温度を判断し、モータ１１１と電装品１１２から発生する廃熱源の温度状態や冷却水の温度状態、および冷媒の圧力状態により、ウォータポンプ１１３の流量を制御したりクーリングファン１１７の風量を制御するようになる。
【００５０】
また、前記エアコン手段１５０は、前記水冷コンデンサ１３０と空冷コンデンサ１３１を順に通過しながら低温状態の冷却水および外気との熱交換によって冷却された低温の冷媒を前記ＨＶＡＣモジュール１５１の蒸発器１５７と連結した第２膨張バルブ１７１に流入するように、第２バルブ１６７の作動によって冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）を開放するようになる。
以下、前記第２膨張バルブ１７１に流入した低温の冷媒は、膨張した状態で、前記冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）に沿って前記蒸発器１５７に供給される。
【００５１】
その後、冷媒は、前記蒸発器１５７で外気との熱交換によって蒸発し、前記冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）に沿って前記アキュムレータ１６３と圧縮器１６１を通過しながら高温高圧状態の気体冷媒に圧縮される。
圧縮した気体冷媒は、前記内部凝縮器１５３と連結した冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）が前記第１バルブ１６５によって開放して前記内部凝縮器１５３に供給される。
ここで、前記圧縮器１６１と第１バルブ１６５の間で前記冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）上に装着された圧力センサ１７５は、前記圧縮器１６１から排出する冷媒の圧力を測定し、前記制御器１８０にその測定値を出力するようになる。
【００５２】
前記制御器１８０は、前記圧力センサ１７５から出力された測定値に応じて冷媒の圧力を判断し、要求された車両状態に応じて前記第１バルブ１６５の開度量を調節するようになる。
また、前記内部凝縮器１５３を通過した冷媒は、前記第１膨張バルブ１６９を通じて膨張した状態で、前記水冷コンデンサ１３０と連結した冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）に沿って水冷コンデンサ１３０を通過して空冷コンデンサ１３１に流入し、上述したような作動を反復して行いながら前記冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）に沿って循環するようになる。
この場合、前記制御器１８０は、前記第１、第２膨張バルブ１６９、１７１の開度量調節によって冷媒の膨張量を調節するようになる。
【００５３】
ここで、前記ＨＶＡＣモジュール１５１に流入する外気は、前記蒸発器１５７に流入した低温状態の冷媒によって前記蒸発器１５７を通過しながら冷却される。
このとき、前記開閉ドア１５９は、冷却した外気が前記内部凝縮器１５３を通過するように前記内部凝縮器１５３と連結した部分を開放させるようになり、流入した外気は前記蒸発器１５７を通過しながら除湿された後、前記内部凝縮器１５３を通じて加熱されて車両内部に流入することにより、車両の室内を除湿するようになる。
一方、本発明の実施形態に係る車両用ヒートポンプシステム制御方法の説明において、前記暖房モードで、外気と共に前記ＰＴＣヒータ１５５が作動することを例示して説明しているが、これに限定されることはなく、使用者の選択による暖房温度設定によってＰＴＣヒータ１５５の作動可否を選択して実現してもよい。
【００５４】
これにより、暖房モードは、ＰＴＣヒータ１５５が共に作動する快速暖房モード、またはＰＴＣヒータ１５５を作動させずに内部凝縮器１５３を通過する外気だけで暖房を行う一般暖房モードで作動してもよい。
したがって、上述したように、本発明の実施形態に係る車両用ヒートポンプシステム１００およびその制御方法を適用すれば、冷却水を熱交換媒体として使用する水冷コンデンサ１３０と、空気熱源を利用する空冷コンデンサ１３１を備え、冷媒の流動を直列に連結するように構成することにより、モータ１１１と電装品１１２から発生する廃熱源と外気の熱源を利用することによって全体的な暖房性能および効率と除湿性能を向上させ、極低温時に外部に配置される空冷コンデンサ１３１の外部積霜を防ぐことができる。
【００５５】
また、車両の周囲環境に応じ、使用者がＰＴＣヒータ１５５を作動させずに廃熱源を利用したり、廃熱源とＰＴＣヒータ１５５を共に作動させて暖房モードを作動させることによって電源使用量が増加することを防ぐと同時に、暖房負荷を減少させ、同じ動力によって車両の全体的な走行距離を増加させるという長所があり、ヒートポンプシステムの全体的な商品性を向上させることができる。
車両の冷房モードでは、低速運転条件時に、モータ１１１と電装品１１２の電熱量は小さいがエアコン電熱量が大きい条件であるＩＤＬＥおよび低速運転条件時、水冷コンデンサに流入する冷却水温が低くなり、水冷コンデンサ１３０と空冷コンデンサ１３１の同時適用によって冷媒凝縮量を増大させることにより、冷房性能を向上させることができる。
【００５６】
また、除湿モードでは、３ウェイバルブの適用によって頻繁なバルブ開閉作動を減らすことにより、バルブ開閉作動による騒音および振動発生を低減させることができ、中温多湿条件で除湿モードを持続して使用することができるため、室内湿度の減少による凝縮水の残留量を減らし、湿気が発生する条件を縮小することができる。
また、コンデンサ１３０、１３１の熱交換媒体として外気と冷却水と共に使用することにより、各構成要素の構造を簡素化すると同時に、１つのラジエータ１１５によってモータ１１１と電装品１１２を冷却させることができ、通気抵抗の縮小によって全体的なシステムパッケージの縮小およびラジエータの効率を向上させることができる。
【００５７】
また、水冷コンデンサ１３０でモータ１１１と電装品１１２から発生した廃熱源を利用して冷却水と冷媒の熱交換を行うことにより、極低温条件で従来の空冷コンデンサの単独適用時に発生していた外部結氷による熱交換性能の低下を未然に防ぐことができ、別途の除霜モードがなくても空冷コンデンサ１３１の外部積霜を防ぐことができる。
一方、本発明の実施形態に係る車両用ヒートポンプシステムおよびその制御方法の説明において、第１、第２バルブ１６５、１６７が備えられたことを例示して説明しているが、これに限定されることはなく、冷却ラインと冷媒ライン上に別途の２−Ｗａｙバルブを適用して作動流体をバイパスさせたり流量を調節してもよい。
【００５８】
図５は、本発明の第２実施形態に係る車両用ヒートポンプシステムの構成図である。
図を参照すれば、本発明の第２実施形態に係る車両用ヒートポンプシステム２００は、基本的に冷却水が流動する冷却ライン（Ｃｏｌｌｉｎｇ  Ｌｉｎｅ：以下、「Ｃ．Ｌ」とする）を通じてモータ２１１と電装品２１２およびエンジン（図示せず）に冷却水を供給およ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が流動する冷媒ライン（Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ  Ｌｉｎｅ：以下、「Ｒ．Ｌ」とする）を通じて連結したエアコン手段２５０を含んで構成される。
【００５９】
本実施形態において、前記クーリング手段２１０は、車両の前方に備えられ、ウォータポンプ２１３の作動によって冷却ライン（Ｃ．Ｌ）に沿って冷却水を循環させ、供給された冷却水を外気との熱交換によって冷却させるラジエータ２１５と、前記ラジエータ２１５に風を送風するように前記ラジエータ２１５の後方に装着されるクーリングファン２１７を含んで構成される。
また、本発明の第２実施形態に係るヒートポンプシステム２００は、前記冷却ライン（Ｃ．Ｌ）と冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）がそれぞれ連結する水冷コンデンサ２３０と、前記水冷コンデンサ２３０と冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）を通じて連結する空冷コンデンサ２３１をさらに含んで構成される。
【００６０】
先ず、前記水冷コンデンサ２３０は、前記冷却ライン（Ｃ．Ｌ）と連結し、車両の各モードに応じて前記モータ２１１と電装品２１２から発生する廃熱源を利用して冷却水の温度を変化させることにより、前記冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）と連結して流入した冷媒を内部で冷却水と相互熱交換させるようになる。
ここで、前記水冷コンデンサ２３０は、内部に温度センサ（図示せず）が備えられ、前記温度センサは、流入した冷却水の水温と冷媒の温度を感知するようになる。
本発明の第２実施形態において、前記空冷コンデンサ２３１は、前記水冷コンデンサ２３０と冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）を通じて直列に連結し、前記ラジエータ２１５の前方に配置され、内部に流入した冷媒を外気と相互熱交換させるようになる。
【００６１】
ここで、本発明の第２実施形態に係る前記クーリング手段２１０は、分岐ライン２２３と第３バルブ２２１をさらに含んで構成される。
先ず、前記分岐ライン２２３は、前記ウォータポンプ２１３とラジエータ２１５の間で前記冷却ライン（Ｃ．Ｌ）上に設置され、車両の暖房、冷房、および除湿モードに応じてウォータポンプ２１３から供給された冷却水を前記水冷コンデンサ２３０に直ぐに供給するように前記冷却ライン（Ｃ．Ｌ）をバイパスさせるようになる。
また、前記第３バルブ２２１は、前記冷却ライン（Ｃ．Ｌ）と分岐ライン２２３を選択的に連結するようになる。
【００６２】
前記第３バルブ２２１は制御器２８０によって制御され、車両の暖房モード時、開閉作動によって冷却水を前記ラジエータ２１５を通過せずに分岐ライン２２３を通じてバイパスさせて前記水冷コンデンサ２３０に直ぐに供給し、前記モータ２１１と電装品２１２を通過させることにより、廃熱源によって冷却水の水温を上昇させる機能を行うようになる。
このような第３バルブ２２１は、冷却水を前記ラジエータ２１５や水冷コンデンサ２３０に供給するように前記冷却ライン（Ｃ．Ｌ）と分岐ライン２２３を選択的に開閉して連結させる３ウェイバルブで構成されることが好ましい。
本発明の第２実施形態において、前記エアコン手段２５０は、ＨＶＡＣモジュール（Ｈｅａｔｉｎｇ、Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ、ａｎｄ  ＡｉｒＣｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）２５１、圧縮器２６１、アキュムレータ２６３、第１、第２バルブ２６５、２６７、第１、第２膨張バルブ２６９、２７１で構成される。
【００６３】
また、前記ＨＶＡＣモジュール２５１は、冷房、暖房、およ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ＰＴＣヒータ２５５に流入す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。
前記クーリング手段２１０とエアコン手段２５０は制御器２８０と連結し、前記制御器２８０の制御信号によってそれぞれ作動する。
このような構成を有する前記エアコン手段２５０は、上述した本発明の第１実施形態と同じであるため、以下ではその構成に対する詳細な説明は省略する。
【００６４】
また、本発明の第２実施形態に係るヒートポンプシステム制御方法は、暖房モードで、前記第３バルブ２２１の開閉によって冷却水をラジエータ２１５に流入させず、冷却ライン（Ｃ．Ｌ）に沿って前記モータ２１１、電装品２１２、および水冷コンデンサ２３０を循環させることにより、廃熱源との熱交換によって冷却水の温度をさらに迅速に上昇させることができる。
一方、本発明の第２実施形態に係るヒートポンプシステム制御方法は、前記第３バルブ２２１が作動する暖房モードで前記クーリング手段２１０の冷却水循環経路が変換されるだけで、上述した第１実施形態と冷房モードや除湿モードでの各構成要素の作動および制御は同じであるため、以下ではより詳細な説明は省略する。
【００６５】
図６は、本発明の第３実施形態に係る車両用ヒートポンプシステムの構成図である。
図を参照すれば、本発明の第３実施形態に係る車両用ヒートポンプシステム３００は、基本的に冷却水が流動する冷却ライン（Ｃｏｌｌｉｎｇ  Ｌｉｎｅ：以下、「Ｃ．Ｌ」とする）を通じてモータ３１１と電装品３１２およびエンジン（図示せず）に冷却水を供給およ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が流動する冷媒ライン（Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ  Ｌｉｎｅ：以下、「Ｒ．Ｌ」とする）を通じて連結したエアコン手段３５０を含んで構成される。
本実施形態において、前記クーリング手段３１０は、車両の前方に備えられ、ウォータポンプ３１３の作動によって冷却ライン（Ｃ．Ｌ）に沿って冷却水を循環させ、供給された冷却水を外気との熱交換によって冷却させるラジエータ３１５と、前記ラジエータ３１５に風を送風するように前記ラジエータ３１５の後方に装着されるクーリングファン３１７を含んで構成される。
【００６６】
また、本発明の第３実施形態に係るヒートポンプシステム３００は、前記冷却ライン（Ｃ．Ｌ）と冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）がそれぞれ連結する水冷コンデンサ３３０と、前記水冷コンデンサ３３０と冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）を通じて連結する空冷コンデンサ３３１をさらに含んで構成される。
先ず、前記水冷コンデンサ３３０は、前記冷却ライン（Ｃ．Ｌ）と連結し、車両の各モードに応じて前記モータ３１１と電装品３１２から発生する廃熱源を利用して冷却水の温度を変化させることにより、前記冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）と連結して流入した冷媒を内部で冷却水と相互熱交換させるようになる。
【００６７】
ここで、前記水冷コンデンサ３３０は、内部に温度センサ（図示せず）が備えられるが、前記温度センサは、流入した冷却水の水温と冷媒の温度を感知するようになる。
本発明の第３実施形態において、前記空冷コンデンサ３３１は、前記水冷コンデンサ３３０と冷媒ライン（Ｒ．Ｌ）を通じて直列に連結し、前記ラジエータ３１５の前方に配置され、内部に流入した冷媒を外気と相互熱交換させるようになる。
ここで、前記空冷コンデンサ３３１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。
前記各開閉膜３２１は、運転者の選択による車両の暖房モード、冷房モード、および除湿モードに応じて前記空冷コンデンサ３３１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り、前記空冷コンデンサ３３１の冷却性能を調節するようになる。
【００６８】
すなわち、前記開閉膜３２１は、前記制御器３８０の制御信号によって作動するものであって、暖房モードでは閉鎖し、冷房モードと除湿モードでは開放する。
本発明の第３実施形態において、前記エアコン手段３５０は、ＨＶＡＣモジュール（Ｈｅａｔｉｎｇ、Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ、ａｎｄ  ＡｉｒＣｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）３５１、圧縮器３６１、アキュムレータ３６３、第１、第２バルブ３６５、３６７、第１、第２膨張バルブ３６９、３７１で構成される。
【００６９】
また、前記ＨＶＡＣモジュール３５１は、冷房、暖房、およ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ＰＴＣヒータ３５５に流入す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。
前記クーリング手段３１０とエアコン手段３５０は制御器３８０と連結し、前記制御器３８０の制御信号によってそれぞれ作動する。
このような構成を有する前記エアコン手段３５０は、上述した本発明の第１実施形態と同じであるため、以下ではその構成に対する詳細な説明は省略する。
【００７０】
また、本発明の第３実施形態に係るヒートポンプシステム制御方法は、暖房モードで、前記空冷コンデンサ３３１の前方に装着された前記開閉膜３２１が制御器３８０の制御信号によって閉鎖した状態になることにより、ラジエータ３１５と空冷コンデンサ３３１に走行風が流入することが防がれる。
これと同時に、前記制御器３８０は、前記クーリングファン３１７の作動を中止させたり風速を低下させることにより、前記ラジエータ３１５を通過する冷却水の冷却が防がれ、空冷コンデンサ３３１を通過する冷媒もエンジンルーム内部の外気と熱交換して空気熱源を活用できるようになる。
【００７１】
これとは反対に、冷房モードと除湿モードでは、前記各開閉膜３２１が前記ラジエータ３１５と空冷コンデンサ３３１に走行風および外気が流入するように前記制御器３８０の制御信号によって開放された状態になることにより、前記ラジエータ３１５と空冷コンデンサ３３１の冷却効率は増加する。
ここで、除湿モードでは、エアコン圧力によって前記開閉膜３２１が開放した状態を維持してもよく、閉鎖してもよい。
【００７２】
一方、本発明の第３実施形態に係るヒートポンプシステム制御方法は、前記空冷コンデンサ３３１の前方に設置された開閉膜３２１の開放または閉鎖作動が相違しているだけで、上述した第１実施形態に係る暖房モード、冷房モード、および除湿モードでの各構成要素の作動および制御は同じであるため、以下ではより詳細な説明は省略する。
一方、本発明の第１、第２、および第３実施形態において、ヒートポンプシステム１００、２００、３００は、前記クーリング手段１１０、２１０、３１０で前記モータ１１１、２１１、３１１と電装品１１２、２１２、３１２が前記水冷コンデンサ１３０、２３０、３３０と直列に配置されることを例示して説明しているが、これに限定されることはなく、前記水冷コンデンサ１３０、２３０、３３０は、前記モータ１１１、２１１、３１１と電装品１１２、２１２、３１２に並列に配置されてもよい。
【００７３】
以上、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明はこれによって限定されるものではなく、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者により、本発明の技術思想と添付す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勿論である。
【符号の説明】
【００７４】
１１０、２１０、３１０：クーリング手段
１１１、２１１、３１１：モータ
１１２、２１２、３１２：電装品
１１３、２１３、３１３：ウォータポンプ
１１５、２１５、３１５：ラジエータ
１１７、２１７、３１７：クーリングファン
１３０、２３０、３３０：水冷コンデンサ
１３１、２３１、３３１：空冷コンデンサ
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２バルブ
１６９、２６９、３６９：第１膨張バルブ
１７１、２７１、３７１：第２膨張バルブ
１８０、２８０、３８０：制御器
Ｃ．Ｌ：冷却ライン
Ｒ．Ｌ：冷媒ライン
２２１：第３バルブ
２２３：分岐ライン
３２１：開閉膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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