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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022013571
(43)【公開日】2022-01-18
(54)【発明の名称】車両用ヒートポンプシステム
(51)【国際特許分類】
B60H 1/22 20060101AFI20220111BHJP
B60H 1/03 20060101ALI20220111BHJP
B60K 11/02 20060101ALI20220111BHJP
B60K 1/04 20190101ALI20220111BHJP
H01M 10/613 20140101ALI20220111BHJP
H01M 10/625 20140101ALI20220111BHJP
H01M 10/633 20140101ALI20220111BHJP
H01M 10/651 20140101ALI20220111BHJP
H01M 10/615 20140101ALI20220111BHJP
H01M 10/6568 20140101ALI20220111BHJP
H01M 10/663 20140101ALI20220111BHJP
【ＦＩ】
B60H1/22 651A
B60H1/22 611D
B60H1/03 C
B60K11/02
B60K1/04 Z
H01M10/613
H01M10/625
H01M10/633
H01M10/651
H01M10/615
H01M10/6568
H01M10/663
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020190261
(22)【出願日】2020-11-16
(31)【優先権主張番号】10-2020-0081039
(32)【優先日】2020-07-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(71)【出願人】
【識別番号】591251636
【氏名又は名称】現代自動車株式会社
【氏名又は名称原語表記】ＨＹＵＮＤＡＩ ＭＯＴＯＲ ＣＯＭＰＡＮＹ
【住所又は居所原語表記】１２， Ｈｅｏｌｌｅｕｎｇ－ｒｏ， Ｓｅｏｃｈｏ－ｇｕ， Ｓｅｏｕｌ， Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
(71)【出願人】
【識別番号】500518050
【氏名又は名称】起亞株式会社
【住所又は居所原語表記】１２， Ｈｅｏｌｌｅｕｎｇ－ｒｏ， Ｓｅｏｃｈｏ－ｇｕ， Ｓｅｏｕｌ， Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
(74)【代理人】
【識別番号】110000051
【氏名又は名称】特許業務法人共生国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】金 淵 浩
【テーマコード（参考）】
3D038
3D235
3L211
5H031
【Ｆターム（参考）】
3D038AB01
3D038AC22
3D235AA01
3D235BB36
3D235CC12
3D235CC13
3D235CC15
3D235FF38
3D235HH08
3D235HH31
3L211AA11
3L211BA02
3L211CA16
3L211CA17
3L211CA18
3L211CA19
3L211DA42
3L211DA43
3L211DA50
3L211EA50
3L211FA39
3L211FB05
3L211GA23
3L211GA26
3L211GA49
5H031AA09
5H031HH06
5H031KK08
(57)【要約】
【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】本発明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つのチラーを用いてバッテリモジュールの温度を調節し、電装品から発生した廃熱を利用して暖房効率を向上させるように冷却水ラインに備えられる電装品を冷却するように冷却水ラインに冷却水を循環させる冷却装置と、バッテリモジュールに冷却水を循環させるバッテリー冷却装置と、冷却水を冷媒と熱交換させて冷却水の温度を調節するチラーと、冷却水を利用して車室内を暖房する暖房装置と、第１、第２、第３および第４連結ラインと、を含む。
【選択図】図１
【解決手段】本発明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つのチラーを用いてバッテリモジュールの温度を調節し、電装品から発生した廃熱を利用して暖房効率を向上させるように冷却水ラインに備えられる電装品を冷却するように冷却水ラインに冷却水を循環させる冷却装置と、バッテリモジュールに冷却水を循環させるバッテリー冷却装置と、冷却水を冷媒と熱交換させて冷却水の温度を調節するチラーと、冷却水を利用して車室内を暖房する暖房装置と、第１、第２、第３および第４連結ラインと、を含む。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
冷却水ラインに連結される第１ラジエータ、第１ウォータポンプ、第１バルブ、および第２バルブを含み、前記冷却水ラインに備えられる少なくとも１つの電装品を冷却するように前記冷却水ラインに冷却水を循環させる冷却装置、
前記第１バルブと連結されるバッテリー冷却水ラインと、前記バッテリー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、バッテリモジュールとを含み、前記バッテリモジュールに冷却水を循環させるバッテリー冷却装置、
前記第２ラジエータと前記バッテリモジュールの間で前記バッテリー冷却水ラインに連結される第１連結ラインと、前記第１バルブと連結される第２連結ラインとに連結され、エアコン装置の冷媒ラインと冷媒連結ラインを通じて連結され、内部に流入した冷却水を前記エアコン装置から選択的に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、
冷却水を利用して車室内を暖房するように前記冷却水ラインと前記第２バルブを通じて選択的に連結される暖房ラインと、前記暖房ラインに備えられる第３ウォータポンプと、ヒーターとを含む暖房装置、
前記第１連結ラインと前記バッテリモジュールの間で前記バッテリー冷却水ラインに一端が連結され、他端は前記第１バルブに連結される第３連結ライン、および
前記電装品を通過した冷却水、または前記暖房装置を通過した冷却水が前記第２バルブの作動により前記チラーに選択的に供給されるように前記チラーに一端が連結され、他端は前記第２バルブに連結される第４連結ライン、を含むことを特徴とする車両用ヒートポンプシステム。
前記第１バルブと連結されるバッテリー冷却水ラインと、前記バッテリー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、バッテリモジュールとを含み、前記バッテリモジュールに冷却水を循環させるバッテリー冷却装置、
前記第２ラジエータと前記バッテリモジュールの間で前記バッテリー冷却水ラインに連結される第１連結ラインと、前記第１バルブと連結される第２連結ラインとに連結され、エアコン装置の冷媒ラインと冷媒連結ラインを通じて連結され、内部に流入した冷却水を前記エアコン装置から選択的に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、
冷却水を利用して車室内を暖房するように前記冷却水ラインと前記第２バルブを通じて選択的に連結される暖房ラインと、前記暖房ラインに備えられる第３ウォータポンプと、ヒーターとを含む暖房装置、
前記第１連結ラインと前記バッテリモジュールの間で前記バッテリー冷却水ラインに一端が連結され、他端は前記第１バルブに連結される第３連結ライン、および
前記電装品を通過した冷却水、または前記暖房装置を通過した冷却水が前記第２バルブの作動により前記チラーに選択的に供給されるように前記チラーに一端が連結され、他端は前記第２バルブに連結される第４連結ライン、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】
前記エアコン装置は、
前記冷媒ラインを通じて連結される蒸発器、
前記暖房装置を循環する冷却水が通過するように前記第２バルブと前記ヒーターの間で前記暖房ラインに備えられて内部に冷却水が循環し、前記冷媒ラインを通じて供給された冷媒を冷却水と熱交換させるコンデンサ、
前記蒸発器と前記コンデンサの間で前記冷媒ラインを通じて連結される圧縮機、
前記コンデンサと前記蒸発器の間で前記冷媒ラインに備えられる熱交換器、
前記熱交換器と前記蒸発器の間で前記冷媒ラインに備えられる第１膨張バルブ、
前記冷媒連結ラインに備えられる第２膨張バルブ、
前記蒸発器と前記圧縮機の間で前記冷媒ラインに備えられ、前記冷媒連結ラインと連結されるアキュムレータ、および
前記コンデンサと前記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、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。
前記冷媒ラインを通じて連結される蒸発器、
前記暖房装置を循環する冷却水が通過するように前記第２バルブと前記ヒーターの間で前記暖房ラインに備えられて内部に冷却水が循環し、前記冷媒ラインを通じて供給された冷媒を冷却水と熱交換させるコンデンサ、
前記蒸発器と前記コンデンサの間で前記冷媒ラインを通じて連結される圧縮機、
前記コンデンサと前記蒸発器の間で前記冷媒ラインに備えられる熱交換器、
前記熱交換器と前記蒸発器の間で前記冷媒ラインに備えられる第１膨張バルブ、
前記冷媒連結ラインに備えられる第２膨張バルブ、
前記蒸発器と前記圧縮機の間で前記冷媒ラインに備えられ、前記冷媒連結ラインと連結されるアキュムレータ、および
前記コンデンサと前記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、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】
前記熱交換器は、
前記第３膨張バルブの選択的な作動により、前記コンデンサで凝縮した冷媒を外気および熱交換によりさらに凝縮または蒸発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。
前記第３膨張バルブの選択的な作動により、前記コンデンサで凝縮した冷媒を外気および熱交換によりさらに凝縮または蒸発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4】
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、前記冷媒連結ラインを通じて流入する冷媒を膨張させて前記チラーに流入させ、
前記第３膨張バルブは、
車両の暖房モードと、低温除湿モードで前記熱交換器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３に記載の車両用ヒートポンプシステム。
冷媒で前記バッテリモジュールを冷却する場合、前記冷媒連結ラインを通じて流入する冷媒を膨張させて前記チラーに流入させ、
前記第３膨張バルブは、
車両の暖房モードと、低温除湿モードで前記熱交換器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３に記載の車両用ヒートポンプシステム。
【請求項5】
前記冷媒連結ラインの一端は、前記熱交換器と前記第１膨張バルブの間で前記冷媒ラインに連結され、
前記冷媒連結ラインの他端は、前記アキュムレータに連結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。
前記冷媒連結ラインの他端は、前記アキュムレータに連結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6】
前記暖房装置は、
前記ヒーターを通過した外気を選択的に加熱するように前記ヒーターを挟んで、前記蒸発器の反対側に備えられる空気加熱器をさらに含み、
前記空気加熱器は、
前記ヒーターに供給される冷却水の温度が室内暖房の目標温度より低い場合、前記ヒーターを通過した外気の温度を上昇させるために作動す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。
前記ヒーターを通過した外気を選択的に加熱するように前記ヒーターを挟んで、前記蒸発器の反対側に備えられる空気加熱器をさらに含み、
前記空気加熱器は、
前記ヒーターに供給される冷却水の温度が室内暖房の目標温度より低い場合、前記ヒーターを通過した外気の温度を上昇させるために作動す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】
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冷却水ラインに冷却水が循環し、
前記第１連結ラインが開放され、前記第２連結ラインが前記第１バルブの作動により開放され、
前記第４連結ラインは前記第２バルブの作動により閉鎖され、
前記第２ラジエータと連結される一部の前記バッテリー冷却水ラインと前記第３連結ラインは前記第１バルブの作動により閉鎖され、
前記バッテリー冷却装置では、前記第１、および第２連結ラインに沿って前記チラーを通過した冷却水が前記第２ウォータポンプの作動により開放された一部の前記バッテリー冷却水ラインに沿って前記バッテリモジュールに供給され、
前記暖房装置では、前記第２バルブの作動により前記冷却水ラインと前記暖房ラインが連結されて前記冷却装置から冷却水が供給され、
前記エアコン装置では、前記第２膨張バルブの作動により前記冷媒連結ラインが開放された状態で、前記冷媒ラインと前記冷媒連結ラインに沿って冷媒が循環し、
膨張した冷媒が前記蒸発器と前記チラーにそれぞれ供給されるように前記第１、および第２膨張バルブは冷媒を膨張させ、
前記第３膨張バルブは、前記コンデンサから供給された冷媒を前記熱交換器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。
前記冷却装置では、前記第１ウォータポンプの作動により前記冷却水ラインに冷却水が循環し、
前記第１連結ラインが開放され、前記第２連結ラインが前記第１バルブの作動により開放され、
前記第４連結ラインは前記第２バルブの作動により閉鎖され、
前記第２ラジエータと連結される一部の前記バッテリー冷却水ラインと前記第３連結ラインは前記第１バルブの作動により閉鎖され、
前記バッテリー冷却装置では、前記第１、および第２連結ラインに沿って前記チラーを通過した冷却水が前記第２ウォータポンプの作動により開放された一部の前記バッテリー冷却水ラインに沿って前記バッテリモジュールに供給され、
前記暖房装置では、前記第２バルブの作動により前記冷却水ラインと前記暖房ラインが連結されて前記冷却装置から冷却水が供給され、
前記エアコン装置では、前記第２膨張バルブの作動により前記冷媒連結ラインが開放された状態で、前記冷媒ラインと前記冷媒連結ラインに沿って冷媒が循環し、
膨張した冷媒が前記蒸発器と前記チラーにそれぞれ供給されるように前記第１、および第２膨張バルブは冷媒を膨張させ、
前記第３膨張バルブは、前記コンデンサから供給された冷媒を前記熱交換器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8】
前記暖房装置は、前記第３ウォータポンプの作動により前記冷却装置から供給された冷却水を前記コンデンサに供給し、
前記コンデンサは冷却水との熱交換により冷媒を凝縮させ、前記熱交換器は、前記コンデンサから流入した冷媒を外気との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７に記載の車両用ヒートポンプシステム。
前記コンデンサは冷却水との熱交換により冷媒を凝縮させ、前記熱交換器は、前記コンデンサから流入した冷媒を外気との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】
車両の暖房モードで外気熱源と前記電装品の廃熱を回収する場合、
前記第１連結ラインは閉鎖され、前記第２連結ラインは前記第１バルブの作動により開放され、
前記第３連結ラインは前記第１バルブの作動により閉鎖され、
前記第４連結ラインは前記第２バルブの作動により開放され、
前記冷却装置では、前記第１ラジエータと連結される前記冷却水ラインが前記第１、および第２バルブの作動により閉鎖され、
前記第１ウォータポンプの作動により前記電装品を通過した冷却水が前記第１ラジエータを通過せず、開放された前記第２、および第４連結ラインに沿って前記チラーを通過した後、開放された一部の前記冷却水ラインを循環し、
前記バッテリー冷却装置は作動が停止し、
前記冷却装置と前記暖房装置は、前記第２バルブの作動によりそれぞれ独立した密閉回路を形成し、
前記暖房装置では、前記第３ウォータポンプの作動により前記暖房ラインに沿って冷却水が循環し、
前記エアコン装置では、前記第１膨張バルブの作動により前記コンデンサと前記蒸発器を連結する冷媒ラインが閉鎖され、
前記冷媒連結ラインは、前記第２膨張バルブの作動により開放され、
前記第２膨張バルブは、前記冷媒連結ラインに供給される冷媒を膨張させて前記チラーに供給し、
前記第３膨張バルブは、前記コンデンサから供給された冷媒を膨張させて前記熱交換器に供給す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。
前記第１連結ラインは閉鎖され、前記第２連結ラインは前記第１バルブの作動により開放され、
前記第３連結ラインは前記第１バルブの作動により閉鎖され、
前記第４連結ラインは前記第２バルブの作動により開放され、
前記冷却装置では、前記第１ラジエータと連結される前記冷却水ラインが前記第１、および第２バルブの作動により閉鎖され、
前記第１ウォータポンプの作動により前記電装品を通過した冷却水が前記第１ラジエータを通過せず、開放された前記第２、および第４連結ラインに沿って前記チラーを通過した後、開放された一部の前記冷却水ラインを循環し、
前記バッテリー冷却装置は作動が停止し、
前記冷却装置と前記暖房装置は、前記第２バルブの作動によりそれぞれ独立した密閉回路を形成し、
前記暖房装置では、前記第３ウォータポンプの作動により前記暖房ラインに沿って冷却水が循環し、
前記エアコン装置では、前記第１膨張バルブの作動により前記コンデンサと前記蒸発器を連結する冷媒ラインが閉鎖され、
前記冷媒連結ラインは、前記第２膨張バルブの作動により開放され、
前記第２膨張バルブは、前記冷媒連結ラインに供給される冷媒を膨張させて前記チラーに供給し、
前記第３膨張バルブは、前記コンデンサから供給された冷媒を膨張させて前記熱交換器に供給す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10】
車両の暖房モードで外気熱源と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連結ラインが開放され、前記第２連結ラインは前記第１バルブの作動により開放され、
前記第３連結ラインは前記第１バルブの作動により閉鎖され、
前記第４連結ラインは前記第２バルブの作動により閉鎖され、
前記冷却装置は作動が停止し、
前記バッテリー冷却装置では、前記第２ラジエータと連結される一部の前記バッテリー冷却水ラインが前記第１バルブの作動により閉鎖され、
前記第２ウォータポンプの作動により前記第１バルブから前記バッテリモジュールを通過した冷却水が前記第２ラジエータを通過せず、開放された前記第１、および第２連結ラインに沿って前記チラーを通過した後、開放された一部の前記バッテリー冷却水ラインを循環し、
前記暖房装置では、前記第３ウォータポンプの作動により前記暖房ラインに沿って冷却水が循環し、
前記エアコン装置では、前記第１膨張バルブの作動により前記コンデンサと前記蒸発器を連結する冷媒ラインが閉鎖され、
前記冷媒連結ラインは、前記第２膨張バルブの作動により開放され、
前記第２膨張バルブは、前記冷媒連結ラインに供給される冷媒を膨張させて前記チラーに供給し、
前記第３膨張バルブは、前記コンデンサから供給された冷媒を膨張させて前記熱交換器に供給す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。
前記第１連結ラインが開放され、前記第２連結ラインは前記第１バルブの作動により開放され、
前記第３連結ラインは前記第１バルブの作動により閉鎖され、
前記第４連結ラインは前記第２バルブの作動により閉鎖され、
前記冷却装置は作動が停止し、
前記バッテリー冷却装置では、前記第２ラジエータと連結される一部の前記バッテリー冷却水ラインが前記第１バルブの作動により閉鎖され、
前記第２ウォータポンプの作動により前記第１バルブから前記バッテリモジュールを通過した冷却水が前記第２ラジエータを通過せず、開放された前記第１、および第２連結ラインに沿って前記チラーを通過した後、開放された一部の前記バッテリー冷却水ラインを循環し、
前記暖房装置では、前記第３ウォータポンプの作動により前記暖房ラインに沿って冷却水が循環し、
前記エアコン装置では、前記第１膨張バルブの作動により前記コンデンサと前記蒸発器を連結する冷媒ラインが閉鎖され、
前記冷媒連結ラインは、前記第２膨張バルブの作動により開放され、
前記第２膨張バルブは、前記冷媒連結ラインに供給される冷媒を膨張させて前記チラーに供給し、
前記第３膨張バルブは、前記コンデンサから供給された冷媒を膨張させて前記熱交換器に供給す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11】
車両の低温除湿モードを行う場合、
前記第１連結ラインは閉鎖され、前記第２連結ラインは前記第１バルブの作動により開放され、
前記第３連結ラインは前記第１バルブの作動により閉鎖され、
前記第４連結ラインは前記第２バルブの作動により開放され、
前記冷却装置では、前記第１ラジエータと連結される前記冷却水ラインが前記第１、および第２バルブの作動により閉鎖され、
前記第１ウォータポンプの作動により前記電装品を通過した冷却水が前記第１ラジエータを通過せず、開放された前記第２、および第４連結ラインに沿って前記チラーを通過した後、開放された一部の前記冷却水ラインを循環し、
前記バッテリー冷却装置は作動が停止し、
前記冷却装置と前記暖房装置は、前記第２バルブの作動によりそれぞれ独立した密閉回路を形成し、
前記暖房装置では、前記第３ウォータポンプの作動により前記暖房ラインに沿って冷却水が循環し、
前記エアコン装置では、前記第１、および２膨張バルブの作動により開放された前記冷媒ラインと前記冷媒連結ラインに沿って冷媒がそれぞれ循環し、
膨張した冷媒が前記蒸発器と前記チラーにそれぞれ供給されるように前記第１、および第２膨張バルブは冷媒を膨張させ、
前記第３膨張バルブは、前記コンデンサから供給された冷媒を膨張させて前記熱交換器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。
前記第１連結ラインは閉鎖され、前記第２連結ラインは前記第１バルブの作動により開放され、
前記第３連結ラインは前記第１バルブの作動により閉鎖され、
前記第４連結ラインは前記第２バルブの作動により開放され、
前記冷却装置では、前記第１ラジエータと連結される前記冷却水ラインが前記第１、および第２バルブの作動により閉鎖され、
前記第１ウォータポンプの作動により前記電装品を通過した冷却水が前記第１ラジエータを通過せず、開放された前記第２、および第４連結ラインに沿って前記チラーを通過した後、開放された一部の前記冷却水ラインを循環し、
前記バッテリー冷却装置は作動が停止し、
前記冷却装置と前記暖房装置は、前記第２バルブの作動によりそれぞれ独立した密閉回路を形成し、
前記暖房装置では、前記第３ウォータポンプの作動により前記暖房ラインに沿って冷却水が循環し、
前記エアコン装置では、前記第１、および２膨張バルブの作動により開放された前記冷媒ラインと前記冷媒連結ラインに沿って冷媒がそれぞれ循環し、
膨張した冷媒が前記蒸発器と前記チラーにそれぞれ供給されるように前記第１、および第２膨張バルブは冷媒を膨張させ、
前記第３膨張バルブは、前記コンデンサから供給された冷媒を膨張させて前記熱交換器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12】
車両の暖房モードで前記電装品の廃熱を回収し、前記バッテリモジュールを昇温する場合、
前記第１連結ラインは閉鎖され、前記第２連結ラインは前記第１バルブの作動により開放され、
前記第３連結ラインは前記第１バルブの作動により開放され、
前記第４連結ラインは前記第２バルブの作動により開放され、
前記冷却装置では、前記第１ラジエータと連結される前記冷却水ラインが前記第１、および第２バルブの作動により閉鎖され、
前記第１ウォータポンプの作動により前記電装品を通過した冷却水が前記第１ラジエータを通過せず、開放された前記第２、および第４連結ラインに沿って前記チラーを通過した後、開放された一部の前記冷却水ラインを循環し、
前記バッテリー冷却装置では、前記第２ウォータポンプの作動により前記バッテリモジュールと連結された一部の前記バッテリー冷却水ラインと、開放された前記第３連結ラインに沿って冷却水が循環し、
前記冷却装置と前記暖房装置は、前記第２バルブの作動によりそれぞれ独立した密閉回路を形成し、
前記暖房装置では、前記第３ウォータポンプの作動により前記暖房ラインに沿って冷却水が循環し、
前記エアコン装置では、前記第１膨張バルブの作動により前記コンデンサと前記蒸発器を連結する冷媒ラインが閉鎖され、
前記冷媒連結ラインは、前記第２膨張バルブの作動により開放され、
前記第２膨張バルブは、前記冷媒連結ラインに供給される冷媒を膨張させて前記チラーに供給し、
前記第３膨張バルブは、前記コンデンサから供給された冷媒を膨張させて前記熱交換器に供給す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。
前記第１連結ラインは閉鎖され、前記第２連結ラインは前記第１バルブの作動により開放され、
前記第３連結ラインは前記第１バルブの作動により開放され、
前記第４連結ラインは前記第２バルブの作動により開放され、
前記冷却装置では、前記第１ラジエータと連結される前記冷却水ラインが前記第１、および第２バルブの作動により閉鎖され、
前記第１ウォータポンプの作動により前記電装品を通過した冷却水が前記第１ラジエータを通過せず、開放された前記第２、および第４連結ラインに沿って前記チラーを通過した後、開放された一部の前記冷却水ラインを循環し、
前記バッテリー冷却装置では、前記第２ウォータポンプの作動により前記バッテリモジュールと連結された一部の前記バッテリー冷却水ラインと、開放された前記第３連結ラインに沿って冷却水が循環し、
前記冷却装置と前記暖房装置は、前記第２バルブの作動によりそれぞれ独立した密閉回路を形成し、
前記暖房装置では、前記第３ウォータポンプの作動により前記暖房ラインに沿って冷却水が循環し、
前記エアコン装置では、前記第１膨張バルブの作動により前記コンデンサと前記蒸発器を連結する冷媒ラインが閉鎖され、
前記冷媒連結ラインは、前記第２膨張バルブの作動により開放され、
前記第２膨張バルブは、前記冷媒連結ラインに供給される冷媒を膨張させて前記チラーに供給し、
前記第３膨張バルブは、前記コンデンサから供給された冷媒を膨張させて前記熱交換器に供給す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13】
冷却水を利用して前記電装品と前記バッテリモジュールを冷却する場合、
前記第１連結ラインは閉鎖され、
前記第２、および第３連結ラインは前記第１バルブの作動により閉鎖され、
前記第４連結ラインは前記第２バルブの作動により閉鎖され、
前記冷却装置と前記バッテリー冷却装置は、前記第１バルブの作動によりそれぞれ独立した密閉回路を形成し、
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第１バルブから前記冷却水ラインに沿って前記電装品に供給され、
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第１バルブから前記バッテリー冷却水ラインに沿って前記バッテリモジュールに供給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。
前記第１連結ラインは閉鎖され、
前記第２、および第３連結ラインは前記第１バルブの作動により閉鎖され、
前記第４連結ラインは前記第２バルブの作動により閉鎖され、
前記冷却装置と前記バッテリー冷却装置は、前記第１バルブの作動によりそれぞれ独立した密閉回路を形成し、
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第１バルブから前記冷却水ラインに沿って前記電装品に供給され、
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第１バルブから前記バッテリー冷却水ラインに沿って前記バッテリモジュールに供給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14】
車両の暖房モードで、前記エアコン装置の作動なしに前記電装品の廃熱を利用する場合、
前記第１連結ラインは閉鎖され、
前記第２連結ラインは前記第１バルブの作動により開放され、
前記第３連結ラインは前記第１バルブの作動により閉鎖され、
前記第４連結ラインは前記第２バルブの作動により開放され、
前記冷却装置では、前記第１ラジエータと連結される前記冷却水ラインが前記第１、および第２バルブの作動により閉鎖され、
前記暖房装置では、前記第２バルブの作動により前記冷却水ラインと前記暖房ラインが連結され、
前記第１ウォータポンプの作動により前記電装品を通過しながら温度が上昇した冷却水は前記第１ラジエータを通過せず、開放された前記冷却水ラインと連結される前記暖房ラインに流入し、
前記暖房ラインに流入した冷却水は、前記第３ウォータポンプの作動により前記ヒーターに供給され、
前記ヒーターから排出した冷却水は、前記第２バルブから開放された前記第４連結ラインに沿って前記チラーに流入し、
前記チラーから排出した冷却水は、開放された前記第２連結ラインに沿って前記第１バルブに流入し、
前記第１バルブに再び流入した冷却水は、開放された前記冷却水ラインに沿って前記電装品に供給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。
前記第１連結ラインは閉鎖され、
前記第２連結ラインは前記第１バルブの作動により開放され、
前記第３連結ラインは前記第１バルブの作動により閉鎖され、
前記第４連結ラインは前記第２バルブの作動により開放され、
前記冷却装置では、前記第１ラジエータと連結される前記冷却水ラインが前記第１、および第２バルブの作動により閉鎖され、
前記暖房装置では、前記第２バルブの作動により前記冷却水ラインと前記暖房ラインが連結され、
前記第１ウォータポンプの作動により前記電装品を通過しながら温度が上昇した冷却水は前記第１ラジエータを通過せず、開放された前記冷却水ラインと連結される前記暖房ラインに流入し、
前記暖房ラインに流入した冷却水は、前記第３ウォータポンプの作動により前記ヒーターに供給され、
前記ヒーターから排出した冷却水は、前記第２バルブから開放された前記第４連結ラインに沿って前記チラーに流入し、
前記チラーから排出した冷却水は、開放された前記第２連結ラインに沿って前記第１バルブに流入し、
前記第１バルブに再び流入した冷却水は、開放された前記冷却水ラインに沿って前記電装品に供給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15】
前記第１連結ラインの一端は、前記第２ラジエータと前記バッテリモジュールの間で前記バッテリー冷却水ラインに連結され、前記第１連結ラインの他端は、前記第４連結ラインを通じて前記チラーに連結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16】
前記第２連結ラインの一端は前記第１バルブに連結され、前記第２連結ラインの他端は前記チラーに連結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17】
前記第１連結ラインと前記第４連結ラインが一緒に閉鎖されるモードを除いた残りのモードで、前記第１連結ラインは、前記第４連結ラインの開閉作動とは反対に開閉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18】
前記第１バルブは６ウェイバルブであり、前記第２バルブは５ウェイバルブであ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19】
前記バッテリー冷却装置は、
前記バッテリモジュールと前記第２ラジエータの間で前記バッテリー冷却水ラインに備えられる第１冷却水加熱器をさらに含み、
前記第１冷却水加熱器は、
前記バッテリモジュールを昇温する場合、前記バッテリー冷却水ラインに沿って前記バッテリモジュールに供給される冷却水を加熱するように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。
前記バッテリモジュールと前記第２ラジエータの間で前記バッテリー冷却水ラインに備えられる第１冷却水加熱器をさらに含み、
前記第１冷却水加熱器は、
前記バッテリモジュールを昇温する場合、前記バッテリー冷却水ラインに沿って前記バッテリモジュールに供給される冷却水を加熱するように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20】
前記第３ウォータポンプと前記ヒーターの間で前記暖房ラインには第２冷却水加熱器が備えられ、
前記第２冷却水加熱器は、
前記ヒーターに供給される冷却水の温度が設定温度より低い場合、前記暖房ラインに沿って前記ヒーターに供給される冷却水を加熱するように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。
前記第２冷却水加熱器は、
前記ヒーターに供給される冷却水の温度が設定温度より低い場合、前記暖房ラインに沿って前記ヒーターに供給される冷却水を加熱するように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。
【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の温度を調節し、電装品から発生した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。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。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。
【0003】
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。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、通常、ヒートポンプシステムが使用される。
【0004】
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るので、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。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を確保しにくくなる。
【0005】
これにより、従来技術によるハイブリッド車両や電気自動車は、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密閉回路で構成しなければならない。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、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。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室内に伝達されて乗車感が低下する短所もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０１７－７７８８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明の目的は、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の温度を調節し、電装品から発生した廃熱を回収して室内暖房に使うことによって、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にある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明による車両用ヒートポンプシステムは、冷却水ラインに連結される第１ラジエータ、第１ウォータポンプ、第１バルブ、および第２バルブを含み、前記冷却水ラインに備えられる少なくとも１つの電装品を冷却するように前記冷却水ラインに冷却水を循環させる冷却装置、前記第１バルブと連結されるバッテリー冷却水ラインと、前記バッテリー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、バッテリモジュールとを含み、前記バッテリモジュールに冷却水を循環させるバッテリー冷却装置、前記第２ラジエータと前記バッテリモジュールの間で前記バッテリー冷却水ラインに連結される第１連結ラインと、前記第１バルブと連結される第２連結ラインとに連結され、エアコン装置の冷媒ラインと冷媒連結ラインを通じて連結され、内部に流入した冷却水を前記エアコン装置から選択的に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、冷却水を利用して車室内を暖房するように前記冷却水ラインと前記第２バルブを通じて選択的に連結される暖房ラインと、前記暖房ラインに備えられる第３ウォータポンプと、ヒーターと、を含む暖房装置、前記第１連結ラインと前記バッテリモジュールの間で前記バッテリー冷却水ラインに一端が連結され、他端は前記第１バルブに連結される第３連結ライン、および前記電装品を通過した冷却水、または前記暖房装置を通過した冷却水が前記第２バルブの作動により前記チラーに選択的に供給されるように前記チラーに一端が連結され、他端は前記第２バルブに連結される第４連結ライン、を含むことを特徴とする。
【0009】
前記エアコン装置は、前記冷媒ラインを通じて連結される蒸発器、前記暖房装置を循環する冷却水が通過するように前記第２バルブと前記ヒーターの間で前記暖房ラインに備えられて内部に冷却水が循環し、前記冷媒ラインを通じて供給された冷媒を冷却水と熱交換させるコンデンサ、前記蒸発器と前記コンデンサの間で前記冷媒ラインを通じて連結される圧縮機、前記コンデンサと前記蒸発器の間で前記冷媒ラインに備えられる熱交換器、前記熱交換器と前記蒸発器の間で前記冷媒ラインに備えられる第１膨張バルブ、前記冷媒連結ラインに備えられる第２膨張バルブ、前記蒸発器と前記圧縮機の間で前記冷媒ラインに備えられ、前記冷媒連結ラインと連結されるアキュムレータ、および前記コンデンサと前記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、を含むことことを特徴とする。
【0010】
前記熱交換器は、前記第３膨張バルブの選択的な作動により、前記コンデンサで凝縮した冷媒を外気および熱交換によりさらに凝縮または蒸発させることを特徴とする。
【0011】
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、前記冷媒連結ラインを通じて流入する冷媒を膨張させて前記チラーに流入させ、前記第３膨張バルブは、車両の暖房モードと、低温除湿モードで前記熱交換器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。
【0012】
前記冷媒連結ラインの一端は前記熱交換器と前記第１膨張バルブの間で前記冷媒ラインに連結され、前記冷媒連結ラインの他端は前記アキュムレータに連結されることを特徴とする。
【0013】
前記暖房装置は、前記ヒーターを通過した外気を選択的に加熱するように前記ヒーターを挟んで、前記蒸発器の反対側に備えられる空気加熱器をさらに含み、前記空気加熱器は前記ヒーターに供給された冷却水の温度が室内暖房の目標温度より低い場合、前記ヒーターを通過した外気の温度を上昇させるために作動することを特徴とする。
【0014】
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冷却水ラインに冷却水が循環し、前記第１連結ラインが開放され、前記第２連結ラインが前記第１バルブの作動により開放され、前記第４連結ラインは前記第２バルブの作動により閉鎖され、前記第２ラジエータと連結される一部の前記バッテリー冷却水ラインと前記第３連結ラインは前記第１バルブの作動により閉鎖され、前記バッテリー冷却装置では、前記第１、および第２連結ラインに沿って前記チラーを通過した冷却水が前記第２ウォータポンプの作動により開放された一部の前記バッテリー冷却水ラインに沿って前記バッテリモジュールに供給され、前記暖房装置では、前記第２バルブの作動により前記冷却水ラインと前記暖房ラインが連結されて前記冷却装置から冷却水が供給され、前記エアコン装置では、前記第２膨張バルブの作動により前記冷媒連結ラインが開放された状態で、前記冷媒ラインと前記冷媒連結ラインに沿って冷媒が循環し、膨張した冷媒が前記蒸発器と前記チラーにそれぞれ供給されるように前記第１、および第２膨張バルブは冷媒を膨張させ、前記第３膨張バルブは前記コンデンサから供給された冷媒を前記熱交換器に流入させることを特徴とする。
【0015】
前記暖房装置は前記第３ウォータポンプの作動により前記冷却装置から供給された冷却水を前記コンデンサに供給し、前記コンデンサは冷却水との熱交換により冷媒を凝縮させ、前記熱交換器は前記コンデンサから流入した冷媒を外気との熱交換によりさらに凝縮させることを特徴とする。
【0016】
車両の暖房モードで外気熱源と前記電装品の廃熱を回収する場合、前記第１連結ラインは閉鎖され、前記第２連結ラインは前記第１バルブの作動により開放され、前記第３連結ラインは前記第１バルブの作動により閉鎖され、前記第４連結ラインは前記第２バルブの作動により開放され、前記冷却装置では、前記第１ラジエータと連結される前記冷却水ラインが前記第１、および第２バルブの作動により閉鎖され、前記第１ウォータポンプの作動により前記電装品を通過した冷却水が前記第１ラジエータを通過せず、開放された前記第２、および第４連結ラインに沿って前記チラーを通過した後、開放された一部の前記冷却水ラインを循環し、前記バッテリー冷却装置は作動が停止し、前記冷却装置と前記暖房装置は、前記第２バルブの作動によりそれぞれ独立した密閉回路を形成し、前記暖房装置では、前記第３ウォータポンプの作動により前記暖房ラインに沿って冷却水が循環し、前記エアコン装置では、前記第１膨張バルブの作動により前記コンデンサと前記蒸発器を連結する冷媒ラインが閉鎖され、前記冷媒連結ラインは前記第２膨張バルブの作動により開放され、前記第２膨張バルブは前記冷媒連結ラインに供給される冷媒を膨張させて前記チラーに供給し、前記第３膨張バルブは前記コンデンサから供給された冷媒を膨張させて前記熱交換器に供給することを特徴とする。
【0017】
車両の暖房モードで外気熱源と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連結ラインが開放され、前記第２連結ラインは前記第１バルブの作動により開放され、前記第３連結ラインは前記第１バルブの作動により閉鎖され、前記第４連結ラインは前記第２バルブの作動により閉鎖され、前記冷却装置は作動が停止し、前記バッテリー冷却装置では、前記第２ラジエータと連結される一部の前記バッテリー冷却水ラインが前記第１バルブの作動により閉鎖され、前記第２ウォータポンプの作動により前記第１バルブから前記バッテリモジュールを通過した冷却水が前記第２ラジエータの通過なしに、開放された前記第１、および第２連結ラインに沿って前記チラーを通過した後、開放された一部の前記バッテリー冷却水ラインを循環し、前記暖房装置では、前記第３ウォータポンプの作動により前記暖房ラインに沿って冷却水が循環し、前記エアコン装置では、前記第１膨張バルブの作動により前記コンデンサと前記蒸発器を連結する冷媒ラインが閉鎖され、前記冷媒連結ラインは前記第２膨張バルブの作動により開放され、前記第２膨張バルブは前記冷媒連結ラインに供給される冷媒を膨張させて前記チラーに供給し、前記第３膨張バルブは前記コンデンサから供給された冷媒を膨張させて前記熱交換器に供給することを特徴とする。
【0018】
車両の低温除湿モードを行う場合、前記第１連結ラインは閉鎖され、前記第２連結ラインは前記第１バルブの作動により開放され、前記第３連結ラインは前記第１バルブの作動により閉鎖され、前記第４連結ラインは前記第２バルブの作動により開放され、前記冷却装置では、前記第１ラジエータと連結される前記冷却水ラインが前記第１、および第２バルブの作動により閉鎖され、前記第１ウォータポンプの作動により前記電装品を通過した冷却水が前記第１ラジエータを通過せず、開放された前記第２、および第４連結ラインに沿って前記チラーを通過した後、開放された一部の前記冷却水ラインを循環し、前記バッテリー冷却装置は作動が停止し、前記冷却装置と前記暖房装置は、前記第２バルブの作動によりそれぞれ独立した密閉回路を形成し、前記暖房装置では、前記第３ウォータポンプの作動により前記暖房ラインに沿って冷却水が循環し、前記エアコン装置では、前記第１、および２膨張バルブの作動により開放された前記冷媒ラインと前記冷媒連結ラインに沿って冷媒がそれぞれ循環し、膨張した冷媒が前記蒸発器と前記チラーにそれぞれ供給されるように前記第１、および第２膨張バルブは冷媒を膨張させ、前記第３膨張バルブは前記コンデンサから供給された冷媒を膨張させて前記熱交換器に流入させることを特徴とする。
【0019】
車両の暖房モードで前記電装品の廃熱を回収し、前記バッテリモジュールを昇温する場合、前記第１連結ラインは閉鎖され、前記第２連結ラインは前記第１バルブの作動により開放され、前記第３連結ラインは前記第１バルブの作動により開放され、前記第４連結ラインは前記第２バルブの作動により開放され、前記冷却装置では、前記第１ラジエータと連結される前記冷却水ラインが前記第１、および第２バルブの作動により閉鎖され、前記第１ウォータポンプの作動により前記電装品を通過した冷却水が前記第１ラジエータを通過せず、開放された前記第２、および第４連結ラインに沿って前記チラーを通過した後、開放された一部の前記冷却水ラインを循環し、前記バッテリー冷却装置では、前記第２ウォータポンプの作動により前記バッテリモジュールと連結された一部の前記バッテリー冷却水ラインと、開放された前記第３連結ラインに沿って冷却水が循環し、前記冷却装置と前記暖房装置は、前記第２バルブの作動によりそれぞれ独立した密閉回路を形成し、前記暖房装置では、前記第３ウォータポンプの作動により前記暖房ラインに沿って冷却水が循環し、前記エアコン装置では、前記第１膨張バルブの作動により前記コンデンサと前記蒸発器を連結する冷媒ラインが閉鎖され、前記冷媒連結ラインは前記第２膨張バルブの作動により開放され、前記第２膨張バルブは前記冷媒連結ラインに供給される冷媒を膨張させて前記チラーに供給し、前記第３膨張バルブは前記コンデンサから供給された冷媒を膨張させて前記熱交換器に供給することを特徴とする。
【0020】
冷却水を利用して前記電装品と前記バッテリモジュールを冷却する場合、前記第１連結ラインは閉鎖され、前記第２、および第３連結ラインは前記第１バルブの作動により閉鎖され、前記第４連結ラインは前記第２バルブの作動により閉鎖され、前記冷却装置と前記バッテリー冷却装置は前記第１バルブの作動によりそれぞれ独立した密閉回路を形成し、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第１バルブから前記冷却水ラインに沿って前記電装品に供給され、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第１バルブから前記バッテリー冷却水ラインに沿って前記バッテリモジュールに供給されることを特徴とする。
【0021】
車両の暖房モードで、前記エアコン装置の作動なしに前記電装品の廃熱を利用する場合、前記第１連結ラインは閉鎖され、前記第２連結ラインは前記第１バルブの作動により開放され、前記第３連結ラインは前記第１バルブの作動により閉鎖され、前記第４連結ラインは前記第２バルブの作動により開放され、前記冷却装置では、前記第１ラジエータと連結される前記冷却水ラインが前記第１、および第２バルブの作動により閉鎖され、前記暖房装置では、前記第２バルブの作動により前記冷却水ラインと前記暖房ラインが連結され、前記第１ウォータポンプの作動により前記電装品を通過しながら温度が上昇した冷却水は前記第１ラジエータを通過せず、開放された前記冷却水ラインと連結される前記暖房ラインに流入し、前記暖房ラインに流入した冷却水は前記第３ウォータポンプの作動により前記ヒーターに供給され、前記ヒーターから排出した冷却水は前記第２バルブから開放された前記第４連結ラインに沿って前記チラーに流入し、前記チラーから排出した冷却水は開放された前記第２連結ラインに沿って前記第１バルブに流入し、前記第１バルブに再び流入した冷却水は開放された前記冷却水ラインに沿って前記電装品に供給されることを特徴とする。
【0022】
前記第１連結ラインの一端は、前記第２ラジエータと前記バッテリモジュールの間で前記バッテリー冷却水ラインに連結することができ、前記第１連結ラインの他端は、前記第４連結ラインを通じて前記チラーに連結されることを特徴とする。
【0023】
前記第２連結ラインの一端は前記第１バルブに連結することができ、前記第２連結ラインの他端は前記チラーに連結されることを特徴とする。
【0024】
前記第１連結ラインと前記第４連結ラインとが一緒に閉鎖されるモードを除いた残りのモードで、前記第１連結ラインは前記第４連結ラインの開閉作動とは反対に開閉されることを特徴とする。
【0025】
前記第１バルブは６ウェイバルブであり、前記第２バルブは５ウェイバルブであることを特徴とする。
【0026】
前記バッテリー冷却装置は、前記バッテリモジュールと前記第２ラジエータの間で前記バッテリー冷却水ラインに備えられる第１冷却水加熱器をさらに含み、前記第１冷却水加熱器は前記バッテリモジュールを昇温する場合、前記バッテリー冷却水ラインに沿って前記バッテリモジュールに供給される冷却水を加熱するように作動することを特徴とする。
【0027】
前記第３ウォータポンプと前記ヒーターの間で前記暖房ラインには第２冷却水加熱器を備えられ、前記第２冷却水加熱器は前記ヒーターに供給される冷却水の温度が設定温度より低い場合、前記暖房ラインに沿って前記ヒーターに供給される冷却水を加熱するように作動することを特徴とする。
【発明の効果】
【0028】
上述の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によると、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よりバッテリモジュールの温度を調節し、冷却水を利用して車室内の暖房を実現することによって、全体システムの簡素化および単純化を図ることができる。また、本発明は、電装品またはバッテリモジュールから発生した廃熱を回収して室内暖房に使うことによって、暖房効率を向上させることができる。また、本発明は、車両の暖房モードで電装品の廃熱を回収し、かつバッテリモジュールを昇温させることができる。また、本発明は、バッテリモジュールの温度を効率的に調節することによって、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。また、本発明は、暖房装置に適用される冷却水加熱器または空気加熱器を利用して室内暖房の補助として使うことで、コストおよび重量を節減できる。また、本発明は、車両の暖房モードで外気熱源、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。また、本発明は、コンデンサと熱交換器を利用し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、圧縮機の消耗動力を減らすことができる。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】
【0029】
【図1】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ブロック構成図である。
【図2】本発明の実施形態に係る車両用ヒートポンプシステムで冷却水を利用して電装品とバッテリモジュールを冷却させるための作動状態図である。
【図3】本発明の実施形態に係る車両用ヒートポンプシステムで車両の冷房モード時に冷媒を利用してバッテリモジュールを冷却させるための作動状態図である。
【図4】本発明の実施形態に係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と電装品の廃熱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係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と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6】本発明の実施形態に係る車両用ヒートポンプシステムで暖房モードによる電装品の廃熱回収、およびバッテリモジュールの昇温に対する作動状態図である。
【図7】本発明の実施形態に係る車両用ヒートポンプシステムで電装品の廃熱を利用して暖房モードを行うための作動状態図である。
【図8】本発明の実施形態に係る車両用ヒートポンプシステムで低温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】
【0030】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【0031】
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、最も好ましい一実施形態である。しかし、これに限られるものではなく、多様な変形が可能である。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した。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示した。また、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。構成要素を「含む」は、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。また「．．．ユニット」、「．．．手段」、「．．．部」、「．．．部材」などの用語は、１つの機能や動作をする包括的な構成の単位として使用した。
【0032】
図１は、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ブロック構成図である。本発明の実施形態に係る車両用ヒートポンプシステムは、冷媒と冷却水が熱交換される１つのチラー３０を利用してバッテリモジュール２４の温度を調節し、電装品１５およびバッテリモジュール２４から発生した廃熱を回収して室内暖房に使用する。このようなヒートポンプシステムは電気自動車に適用される。
【0033】
図１を参照すると、ヒートポンプシステムは、冷却装置１０、バッテリー冷却装置２０、チラー３０、および暖房装置４０を含むことができる。まず、冷却装置１０は、冷却水ライン１１に連結される第１ラジエータ１２、第１ウォータポンプ１４、第１バルブＶ１、第２バルブＶ２、および第１リザーバタンク１６を含む。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、クーリングファン１３の作動および外気との熱交換により冷却水を冷却する。また、電装品１５は、電力制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ、ＥＰＣＵ）、モータ、インバータ、または充電器（Ｏｎ Ｂｏａｒｄ Ｃｈａｒｇｅｒ、ＯＢＣ）を含むことができる。このように構成される電装品１５は冷却水ライン１１に備えられ、水冷式で冷却される。
【0034】
これにより、車両の暖房モードで電装品１５の廃熱を回収する場合は電力制御装置、モータ、インバータ、または充電器から発生した熱を回収することができる。また、第１ラジエータ１２と第１バルブＶ１の間で冷却水ライン１１には第１リザーバタンク１６が備えられる。第１リザーバタンク１６には第１ラジエータ１２で冷却された冷却水が貯蔵される。このような冷却装置１０は、冷却水ライン１１に備えられる電装品１５に冷却水が供給されるように第１ウォータポンプ１４の作動により冷却水ライン１１に冷却水を循環させることができる。
【0035】
本実施形態で、バッテリー冷却装置２０は、第１バルブＶ１と連結されるバッテリー冷却水ライン２１と、バッテリー冷却水ライン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２３と、バッテリモジュール２４とを含む。このようなバッテリー冷却装置２０は、第２ウォータポンプ２３の作動によりバッテリモジュール２４に選択的に冷却水を循環させることができる。ここで、第１、および第２ウォータポンプ１４、２３は電動式ウォータポンプである。また、バッテリー冷却装置２０は、バッテリモジュール２４と第２ラジエータ２２の間でバッテリー冷却水ライン２１に備えられる第１冷却水加熱器２６をさらに含むことができる。第１冷却水加熱器２６はバッテリモジュール２４の昇温が要求される場合、ＯＮ作動してバッテリー冷却水ライン２１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バッテリモジュール２４に流入させることができる。このような第１冷却水加熱器２６は、電源供給により作動する電気式ヒーターである。
【0036】
つまり、第１冷却水加熱器２６は、バッテリモジュール２４に供給される冷却水の温度が目標温度より低い場合に作動してバッテリー冷却水ライン２１で循環する冷却水を加熱することができる。これにより、第１冷却水加熱器２６を通過しながら温度が上昇した冷却水はバッテリモジュール２４に供給され、バッテリモジュール２４の温度を上昇させることができる。よって、第１冷却水加熱器２６は、バッテリモジュール２４の温度を上昇させる場合に選択的に作動することができる。また、第２ラジエータ２２と第１バルブＶ１の間でバッテリー冷却水ライン２１には第２リザーバタンク２７が備えられる。第２リザーバタンク２７には第２ラジエータ２２で冷却された冷却水が貯蔵される。
【0037】
本実施形態で、チラー３０は、第２ラジエータ２２とバッテリモジュール２４の間でバッテリー冷却水ライン２１に連結される第１連結ライン３２と、第１バルブＶ１と連結される第２連結ライン３４とに連結される。このようなチラー３０は、エアコン装置５０の冷媒ライン５１と冷媒連結ライン６１を通じて連結される。これにより、チラー３０は、内部に流入した冷却水をエアコン装置５０から選択的に供給される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。つまり、チラー３０は、内部に冷却水が流入する水冷式熱交換器である。また、ヒートポンプシステムは、第３連結ライン３６と第４連結ライン３８とをさらに含むことができる。
【0038】
まず、第３連結ライン３６の一端は、第１連結ライン３２とバッテリモジュール２４の間でバッテリー冷却水ライン２１に連結される。第３連結ライン３６の他端は第１バルブＶ１に連結される。このような第３連結ライン３６は、バッテリモジュール２４の昇温が要求される場合、第１バルブＶ１の作動により開放される。そして、第４連結ライン３８の一端はチラー３０に連結される。また、第４連結ライン３８の他端は第２バルブＶ２に連結される。このように構成される第４連結ライン３８は、電装品１５を通過した冷却水、または暖房装置４０を通過した冷却水を第２バルブＶ２の作動によりチラー３０に選択的に供給することができる。
【0039】
一方、第１連結ライン３２の一端は、第２ラジエータ２２とバッテリモジュール２４の間でバッテリー冷却水ライン２１に連結される。また、第１連結ライン３２の他端は、第４連結ライン３８を通じてチラー３０に連結される。そして、第２連結ライン３４の一端は第１バルブＶ１に連結される。第２連結ライン３４の他端はチラー３０に連結される。ここで、冷却水を利用して電装品１５とバッテリモジュール２４を冷却させるモードを除いた車両の冷房、暖房、および除湿モードで第１連結ライン３２は、第４連結ライン３８の開閉作動とは反対に開閉される。つまり、第１連結ライン３２が開放すると、第４連結ライン３８は閉鎖される。これとは反対に、第４連結ライン３８が開放すると、第１連結ライン３２は閉鎖された状態を維持する。
【0040】
このように構成される第１連結ライン３２および第３連結ライン３６は、バッテリモジュール２４を通過した冷却水が第２ラジエータ２２の通過なしにチラー３０、または第１バルブＶ１を通じてバッテリー冷却水ライン２１を循環するように選択的に開放される。これにより、チラー３０は、第１連結ライン３２、または第４連結ライン３８を通じて選択的に供給された冷却水を、エアコン装置５０から選択的に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。そして、暖房装置４０は、冷却水を利用して車室内を暖房するように冷却水ライン１１と第２バルブＶ２を通じて選択的に連結する暖房ライン４１と、暖房ライン４１に備えられる第３ウォータポンプ４２と、ヒーター４３とを含むことができる。
【0041】
このように構成される暖房装置４０は、エアコン装置５０の作動なしに車室内を暖房する場合、電装品１５を通過した高温の冷却水が暖房ライン４１に供給されるように第２バルブＶ２の作動により電装品１５と連結された冷却水ライン１１と暖房ライン４１を連結することができる。これにより、高温の冷却水は、暖房ライン４１に沿ってヒーター４３に供給される。つまり、暖房装置４０は、車両の暖房モードで冷却装置１０から暖房ライン４１に流入した高温の冷却水、または暖房ライン４１を循環しながら温度が上昇した冷却水を第３ウォータポンプ４２の作動によりヒーター４３に供給することによって、車室内を暖房することができる。ここで、第３ウォータポンプ４２は電動式ウォータポンプである。
【0042】
また、ヒーター４３は、エアコン装置５０に含まれているＨＶＡＣモジュール（図示せず）の内部に備えられる。ここで、第３ウォータポンプ４２とヒーター４３との間で暖房ライン４１には暖房ライン４１を循環する冷却水を選択的に加熱するための第２冷却水加熱器４５が備えられる。第２冷却水加熱器４５は、車両の暖房モードでヒーター４３に供給される冷却水の温度が目標温度より低い場合、ＯＮ作動して暖房ライン４１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ヒーター４３に流入させることができる。このような第２冷却水加熱器４５は、電源供給により作動する電気式ヒーターである。
【0043】
一方、本実施形態では、第２冷却水加熱器４５が暖房ライン４１に備えられていることを一実施形態にして説明しているが、これに限定されず、第２冷却水加熱器４５の代わりに車両の室内に流入する外気の温度を上昇させるための空気加熱器４７を適用することができる。空気加熱器４７は、ヒーター４３を通過した外気を選択的に加熱するようにＨＶＡＣモジュールの内部で車両の室内に向かってヒーター４３の後方に配置される。つまり、暖房装置４０には第２冷却水加熱器４５と空気加熱器４７のうちのいずれか１つが適用される。このように構成される暖房装置４０は、車両の暖房モードで冷却装置１０から暖房ライン４１に流入した高温の冷却水、または暖房ライン４１を循環しながら温度が上昇した冷却水を第３ウォータポンプ４２の作動によりヒーター４３に供給することによって、車室内を暖房することができる。
【0044】
本実施形態で、エアコン装置５０は、ＨＶＡＣモジュール（図示せず）、冷媒ライン５１を通じて連結されるコンデンサ５３、熱交換器５４、第１膨張バルブ５５、蒸発器５６、および圧縮機５９を含む。
まず、図示していないＨＶＡＣモジュールは、冷媒ライン５１を通じて連結される蒸発器５６と、車両の冷房および暖房モードと暖房および除湿モードに応じて、蒸発器５６を通過した外気がヒーター４３に選択的に流入するように調節する開閉ドア（図示せず）とが内部に備えられる。つまり、開閉ドア（図示せず）は、車両の暖房モードで蒸発器５６を通過した外気がヒーター４３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開閉ドア（図示せず）は蒸発器５６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ヒーター４３側を閉鎖することになる。
まず、図示していないＨＶＡＣモジュールは、冷媒ライン５１を通じて連結される蒸発器５６と、車両の冷房および暖房モードと暖房および除湿モードに応じて、蒸発器５６を通過した外気がヒーター４３に選択的に流入するように調節する開閉ドア（図示せず）とが内部に備えられる。つまり、開閉ドア（図示せず）は、車両の暖房モードで蒸発器５６を通過した外気がヒーター４３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開閉ドア（図示せず）は蒸発器５６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ヒーター４３側を閉鎖することになる。
【0045】
ここで、暖房装置４０に第２冷却水加熱器４５を備えていない場合、ＨＶＡＣモジュール（図示せず）に備えられる空気加熱器４７はヒーター４３を挟んで、蒸発器５６の反対側に備えられる。このような空気加熱器４７は、ヒーター４３に供給された冷却水の温度が室内暖房の目標温度より低い場合、ヒーター４３を通過した外気の温度を上昇させるために作動する。また、空気加熱器４７は、暖房ライン４１に第２冷却水加熱器４５を備えていない場合、ＨＶＡＣモジュール（図示せず）の内部に備えられる。つまり、本発明に係るヒートポンプシステムにおいて、第２冷却水加熱器４５と空気加熱器４７のうちの１つだけ適用される。
【0046】
本実施形態で、コンデンサ５３は冷媒ライン５１と連結されて冷媒が通過する。コンデンサ５３は、暖房装置４０を循環する冷却水が通過するように第２バルブＶ２とヒーター４３との間で暖房ライン４１に備えられる。コンデンサ５３は、暖房ライン４１を循環する冷却水と熱交換により冷媒を凝縮させることができる。つまり、コンデンサ５３は、内部に冷却水が流入する水冷式熱交換器である。このように構成されるコンデンサ５３は、圧縮機５９から供給された冷媒を暖房装置４０で供給される冷却水と熱交換させて冷媒を凝縮させることができる。本実施形態で、熱交換器５４は、コンデンサ５３と蒸発器５６の間で冷媒ライン５１に備えられる。
【0047】
第１膨張バルブ５５は、熱交換器５４と蒸発器５６の間で冷媒ライン５１に備えられる。第１膨張バルブ５５には熱交換器５４を通過した冷媒が供給されて膨張させる。アキュムレータ５７は、蒸発器５６と圧縮機５９の間で冷媒ライン５１に備えられ、冷媒連結ライン６１と連結される。アキュムレータ５７は、圧縮機５９に気体状態の冷媒だけを供給することによって、圧縮機５９の効率および耐久性を向上させる。本実施形態で、冷媒連結ライン６１の一端は熱交換器５４と第１膨張バルブ５５の間で冷媒ライン５１に連結される。そして、冷媒連結ライン６１の他端はアキュムレータ５７に連結される。ここで、アキュムレータ５７は、冷媒連結ライン６１を通じて供給された冷媒中、気体冷媒を圧縮機５９に供給することができる。
【0048】
一方、冷媒連結ライン６１には第２膨張バルブ６３が備えられ、コンデンサ５３と熱交換器５４の間で冷媒ライン５１には第３膨張バルブ６５が備えられる。第２膨張バルブ６３は冷媒でバッテリモジュール２４を冷却する場合、冷媒連結ライン６１を通じて流入する冷媒を膨張させてチラー３０に流入させることができる。ここで、第２膨張バルブ６３は、車両の暖房モード、および低温除湿モードで電装品１５、またはバッテリモジュール２４の廃熱を回収する場合にも作動する。
【0049】
このような第２膨張バルブ６３は、冷媒連結ライン６１を通じて流入する冷媒を選択的に膨張させてチラー３０に流入させることができる。つまり、第２膨張バルブ６３は、熱交換器５４から排出した冷媒を膨張させ、その温度を低下させた状態でチラー３０に流入させることによって、チラー３０の内部を通過する冷却水の水温をさらに低下させることができる。これにより、バッテリモジュール２４にはチラー３０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る。
【0050】
第３膨張バルブ６５は車両の暖房モードと、低温除湿モードで熱交換器５４に流入する冷媒を選択的に膨張させることができる。ここで、熱交換器５４は第３膨張バルブ６５の選択的な作動により、コンデンサ５３で凝縮した冷媒を外気および熱交換によりさらに凝縮または蒸発させることができる。つまり、熱交換器５４は、ラジエータ１２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。熱交換器５４は、外気を利用して冷媒を凝縮する空冷式熱交換器である。
【0051】
一方、熱交換器５４が冷媒を凝縮する場合、熱交換器５４は、コンデンサ５３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。圧縮機５９は、蒸発器５６とコンデンサ５３の間で冷媒ライン５１を通じて連結される。このような圧縮機５９は気体状態の冷媒を圧縮させ、圧縮された冷媒をコンデンサ５３に供給することができる。つまり、第１、第２、および第３膨張バルブ５５、６３、６５は冷媒ライン５１、または冷媒連結ライン６１を通過する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。また、第１バルブＶ１は６－ウェイ（Ｗａｙ）バルブであり、第２バルブＶ２は５－ウェイ（Ｗａｙ）バルブである。
【0052】
以下、上記の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作用について、図２～図８を参照して詳しく説明する。まず、本発明の実施形態に係る車両用ヒートポンプシステムにおいて、第１、および第２ラジエータ１２、２２で冷却された冷却水を利用して電装品１５およびバッテリモジュール２４を冷却させるための作動について、図２を参照して説明する。図２は、本発明の実施形態に係る車両用ヒートポンプシステムで冷却水を利用して電装品およびバッテリモジュールを冷却させるための作動状態図である。
【0053】
図２を参照すると、第１連結ライン３２は閉鎖され、第２、および第３連結ライン３４、３６は第１バルブＶ１の作動により閉鎖される。そして、第４連結ライン３８は、第２バルブＶ２の作動により閉鎖される。ここで、冷却装置１１およびバッテリー冷却装置２０は、第１バルブＶ１の作動によりそれぞれ独立した密閉回路を形成することができる。このような状態で、冷却装置１０では電装品１５の冷却のために第１ウォータポンプ１４が作動する。そうすると、第１ラジエータ１２で冷却されて第１リザーバタンク１６に貯蔵された冷却水は、第１バルブＶ１および第１ウォータポンプ１４の作動により冷却水ライン１１に沿って循環しながら、電装品１５に供給される。そして、バッテリー冷却装置２０ではバッテリモジュール２４の冷却のために第２ウォータポンプ２３が作動する。
【0054】
そうすると、第２ラジエータ２２で冷却されて第２リザーバタンク２７に貯蔵された冷却水は、第１バルブＶ１および第２ウォータポンプ２３の作動によりバッテリー冷却水ライン２１に沿って循環しながら、バッテリモジュール２４に供給される。つまり、第１、および第２ラジエータ１２、２２で冷却されて第１、および第２リザーバタンク１６、２７に貯蔵された冷却水は、第１、および第２ウォータポンプ１４、２３の作動により冷却水ライン１１とバッテリー冷却水ライン２１をそれぞれ循環しながら、電装品１５とバッテリモジュール２４をそれぞれ冷却させることによって、電装品１５、およびバッテリモジュール２４を効率的に冷却させることができる。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。
【0055】
一方、本実施形態では、第１、および第２ラジエータ１２、２２で冷却されたそれぞれの冷却水で電装品１５およびバッテリモジュール２４を冷却させることを説明しているが、これに限定されず、電装品１５とバッテリモジュール２４のうちのいずれか１つを別途に冷却する場合には第１、および第２ウォータポンプ１４、２２ならびに第１バルブＶ１を選択的に作動させることができる。本実施形態で、車両の冷房モードで冷媒を利用してバッテリモジュール２４を冷却するための作動について、図３を参照して説明する。
【0056】
図３は、本発明の実施形態に係る車両用ヒートポンプシステムで車両の冷房モード時に冷媒を利用してバッテリモジュールを冷却させるための作動状態図である。図３を参照すると、冷却装置１０では第１ウォータポンプ１４の作動により冷却水ライン１１に冷却水が循環する。ここで、第１連結ライン３２が開放される。第２連結ライン３４は第１バルブＶ１の作動により開放される。
また、第４連結ライン３８は、第２バルブＶ２の作動により閉鎖される。そして、第２ラジエータ２２と連結される一部のバッテリー冷却水ライン２１と、第３連結ライン３６は第１バルブＶ１の作動により閉鎖される。バッテリー冷却装置２０では、バッテリモジュール２４の冷却のために第２ウォータポンプ２３が作動する。
また、第４連結ライン３８は、第２バルブＶ２の作動により閉鎖される。そして、第２ラジエータ２２と連結される一部のバッテリー冷却水ライン２１と、第３連結ライン３６は第１バルブＶ１の作動により閉鎖される。バッテリー冷却装置２０では、バッテリモジュール２４の冷却のために第２ウォータポンプ２３が作動する。
【0057】
そうすると、バッテリー冷却装置２０では開放された第１、および第２連結ライン３２、３４に沿ってチラー３０を通過した冷却水が、第２ウォータポンプ２３の作動により開放された一部のバッテリー冷却水ライン２１に沿ってバッテリモジュール２４に供給される。ここで、冷却装置１０およびバッテリー冷却装置２０は、第１バルブＶ１の作動によってそれぞれ冷却水が循環する独立した密閉回路を形成することができる。つまり、バッテリー冷却装置２０では、第１バルブＶ１の作動により冷却水ライン１１と連結が閉鎖される。このような状態で、バッテリー冷却装置２０は、第２ウォータポンプ２３の作動によって開放された第１、および第２連結ライン３２、３４と、開放されたバッテリー冷却水ライン２１に独立的に冷却水が循環する密閉回路を形成することができる。
【0058】
つまり、冷却水ライン１１およびバッテリー冷却水ライン２１は、第１バルブＶ１の作動によりそれぞれ独立した密閉回路を形成する。これにより、バッテリー冷却装置２０では第２ウォータポンプ２３の作動によりチラー３０を通過した冷却水が、第１、および第２連結ライン３２、３４ならびにバッテリー冷却水ライン２１に沿ってバッテリモジュール２４に供給される。バッテリー冷却水ライン２１に流入した冷却水は、バッテリモジュール２４を通過した後、開放された第１連結ライン３２に沿ってチラー３０に流入する。これにより、バッテリモジュール２４を通過した冷却水は、チラー３０から開放された第２連結ライン３４に沿って第１バルブＶ１に流入する。その後、冷却水は、第２ウォータポンプ２３の作動によって開放されたバッテリー冷却水ライン２１に沿って流動しながら、バッテリモジュール２４に供給される。また、暖房装置４０では第２バルブＶ２の作動により冷却水ライン１１と暖房ライン４１が連結される。
【0059】
このような状態で、第３ウォータポンプ４２の作動により暖房ライン４１には冷却装置１０から供給された冷却水が循環する。これにより、第１ラジエータ１２で冷却された冷却水は、電装品１５を通過した後、第１、および第３ウォータポンプ１４、４２の作動によりコンデンサ５３に供給される。エアコン装置５０では車室内を冷房するために各構成要素が作動する。これにより、冷媒は冷媒ライン５１に沿って循環する。
【0060】
ここで、熱交換器５４と蒸発器５６を連結する冷媒ライン５１は、第１膨張バルブ５５の作動により開放される。冷媒連結ライン６１は、第２膨張バルブ６３の作動により開放される。そうすると、熱交換器５４を通過した冷媒は、冷媒ライン５１および冷媒連結ライン６１に沿って循環する。ここで、第１、および第２膨張バルブ５５、６３は、膨張した冷媒が蒸発器５６とチラー３０にそれぞれ供給されるように冷媒を膨張させることができる。そして、第３膨張バルブ６５は、コンデンサ５３から供給された冷媒を膨張させず、熱交換器５４に流入させることができる。
【0061】
一方、暖房装置４０は、第３ウォータポンプ４２の作動により冷却装置１０から供給された冷却水をコンデンサ５３に供給する。これにより、コンデンサ５３は、暖房ライン４１に沿って流動する冷却水を利用して冷媒を凝縮させる。そして、熱交換器５４は、第３膨張バルブ６５の作動によりコンデンサ５３から流入した冷媒を外気との熱交換によりさらに凝縮させることができる。また、チラー３０を通過した冷却水は、開放された第２連結ライン３４に沿って第１バルブＶ１に流入する。その後、冷却水は、第２ウォータポンプ２３の作動によりバッテリモジュール２４を冷却させるように開放されたバッテリー冷却水ライン２１を循環する。ここで、チラー３０を通過する冷却水は、チラー３０に供給される膨張した冷媒と熱交換により冷却される。チラー３０で冷却された冷却水は、バッテリモジュール２４に供給される。これにより、バッテリモジュール２４は、冷却された冷却水によって冷却される。
【0062】
つまり、第２膨張バルブ６３は、膨張した冷媒をチラー３０に供給するように熱交換器５４を通過した冷媒中、一部の冷媒を膨張させ、冷媒連結ライン６１を開放する。したがって、熱交換器５４から排出した一部の冷媒は、第２膨張バルブ６３の作動により膨張して低温低圧の状態となり、冷媒連結ライン６１と連結されるチラー３０に流入する。その後、チラー３０に流入した冷媒は冷却水と熱交換され、冷媒連結ライン６１を通じてアキュムレータ５７を通過した後、圧縮機５９に流入する。
【0063】
つまり、バッテリモジュール２４を冷却しながら温度が上昇した冷却水は、低温低圧の冷媒とチラー３０の内部で熱交換により冷却される。冷却された冷却水は、開放された第１、および第２連結ライン３２、３４ならびに開放されたバッテリー冷却水ライン２１を通じて再びバッテリモジュール２４に供給される。つまり、冷却水は過程を繰り返し行いながら、バッテリモジュール２４を効率的に冷却させることができる。
【0064】
一方、熱交換器５４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冷媒ライン５１を通じて流動され、第１膨張バルブ５５、蒸発器５６、圧縮機５９、およびコンデンサ５３を順次に通過する。ここで、ＨＶＡＣモジュール（図示せず）に流入する外気は、蒸発器５６に流入した低温状態の冷媒によって蒸発器５６を通過しながら冷却される。この際、開閉ドア（図示せず）は、冷却された外気がヒーター５２ａを通過しないように、ヒーター５２ａを通過する部分は閉鎖する。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、車室内を冷房することができる。
【0065】
一方、蒸発器５６にはコンデンサ５３と熱交換器５４を順次に通過しながら凝縮量が増加し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。つまり、本実施形態ではコンデンサ５３が冷媒を凝縮し、熱交換器５４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。そして、サブクールが形成された冷媒が、蒸発器５６でより低い温度で蒸発することによって、蒸発器５６を通過する外気の温度をさらに下げることができ、冷房性能および効率を向上させることができる。
【0066】
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、チラー３０を通過しながら熱交換により冷却水を冷却させることができる。チラー３０で冷却された低温の冷却水は、バッテリモジュール２４に流入する。これにより、バッテリモジュール２４は、供給された低温の冷却水によって効率的に冷却される。
【0067】
本実施形態で、車両の暖房モードで外気熱源と電装品１５の廃熱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。図４は、本発明の実施形態に係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と電装品の廃熱回収に対する作動状態図である。図４を参照すると、ヒートポンプシステムは、電装品１５の廃熱が不足した車両のアイドル（ＩＤＬＥ）状態、または初期走行時に電装品１５の廃熱と共に外気から外気熱源を吸収することができる。
【0068】
まず、冷却装置１０で第１ウォータポンプ１４は、冷却水の循環のために作動する。ここで、第１連結ライン３２は閉鎖され、第２連結ライン３４は第１バルブＶ１の作動により開放される。第３連結ライン３６は第１バルブＶ１の作動により閉鎖され、第４連結ライン３８は第２バルブＶ２の作動により開放される。また、冷却装置１０では第１ラジエータ１２と連結される冷却水ライン１１が第１、および第２バルブＶ１、Ｖ２の作動により閉鎖される。
【0069】
このような状態で、電装品１５を通過した冷却水は、第１ウォータポンプ１４の作動により第１ラジエータ１２を通過せず、開放された第２、および第４連結ライン３４、３８に沿ってチラー３０を通過した後、開放された一部の冷却水ライン１１を循環する。つまり、電装品１５を通過した冷却水は、第２バルブＶ２の作動により開放された第４連結ライン３８に沿ってチラー３０に供給される。チラー３０を通過した冷却水は、第１バルブＶ１の作動により開放された第２連結ライン３４に沿って第１バルブＶ１に流入する。その後、冷却水は、第１バルブＶ１を通じて電装品１５と連結された冷却水ライン１１で循環する。
【0070】
一方、バッテリー冷却装置２０で第２ウォータポンプ２３は作動が停止する。そうすると、電装品１５を通過した冷却水は、第１ラジエータ１２を通過せず、開放された冷却水ライン１１、開放された第２、および第４連結ライン３４、３８に沿って循環し続け、電装品１５から廃熱を吸収して温度が上昇する。温度が上昇した冷却水は、チラー３０に供給される。したがって、電装品１５で発生した廃熱は、チラー３０に供給される冷却水の温度を上昇させる。つまり、このような作動を繰り返し行いながら冷却水は、電装品１５から廃熱を吸収して温度が上昇する。また、暖房装置４０では第３ウォータポンプ４２の作動により暖房ライン４１に沿って冷却水が循環する。
【0071】
ここで、冷却水ライン１１および暖房ライン４１は、第２バルブＶ２の作動によりそれぞれ独立した密閉回路を形成することができる。これにより、暖房ライン４１を循環する冷却水は、第３ウォータポンプ４２の作動によりヒーター４３を通過した後、コンデンサ５３に供給される。ここで、第２冷却水加熱器４５は、暖房ライン４１に沿って循環する冷却水の温度が目標温度より低い場合に作動して暖房ライン４１で循環する冷却水を加熱することができる。
【0072】
一方、第２冷却水加熱器４５の代わりに空気加熱器４７を適用する場合、空気加熱器４７は、ヒーター４３を通過した外気の温度が目標温度より低い場合に作動して車両の室内に流入する外気を加熱することができる。エアコン装置５０では車室内を暖房するために各構成要素が作動する。これにより、冷媒は冷媒ライン５１に沿って循環する。ここで、コンデンサ５３と蒸発器５６を連結する冷媒ライン５１は第１膨張バルブ５５の作動により閉鎖される。冷媒連結ライン６１は、第２膨張バルブ６３の作動により開放される。ここで、第２膨張バルブ６３は、熱交換器５４から冷媒連結ライン６１に供給される冷媒を膨張させてチラー３０に供給することができる。また、第３膨張バルブ６５は、コンデンサ５３から供給された冷媒を膨張させて熱交換器５４に供給することができる。これにより、熱交換器５４は膨張した冷媒を外気および熱交換により蒸発させながら外気熱源を回収する。
【0073】
そして、電装品１５の廃熱を吸収して温度が上昇した冷却水は、第１ウォータポンプ１４の作動によりチラー３０を通過しながら、チラー３０に供給された冷媒の温度を上昇させながら回収する。つまり、チラー３０は熱交換器５４から供給され、第２膨張バルブ６３の作動により膨張した冷媒は冷媒連結ライン６１を通じて供給され、供給された冷媒を、電装品１５を通過しながら温度が上昇した冷却水との熱交換により蒸発させることによって、電装品１５の廃熱を回収することができる。その後、チラー３０を通過した冷媒は、冷媒連結ライン６１に沿ってアキュムレータ５７に供給される。
【0074】
アキュムレータ５７に供給された冷媒は、気体と液体に分離される。気体と液体に分離された冷媒中、気体冷媒は圧縮機５９に供給される。圧縮機５９から高温高圧の状態で圧縮された冷媒は、コンデンサ５３に流入する。ここで、コンデンサ５３に供給された冷媒は、暖房ライン４１を循環する冷却水と熱交換しながら冷却水の温度を上昇させることができる。温度が上昇した冷却水は、ヒーター４３に供給される。
【0075】
一方、開閉ドア（図示せず）は、ＨＶＡＣモジュール（図示せず）に流入して蒸発器５６を通過した外気が、ヒーター４３を通過するように開放される。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蒸発器５６の通過の際、冷却されない室温状態で流入する。流入した外気は、ヒーター４３を通過しながら高温状態に変換されて車室内に流入することによって、車室内の暖房が具現される。
【0076】
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初期始動空回転（ＩＤＬＥ）状態、または初期走行状態で暖房が要求される場合、熱交換器５４で外気熱源を吸収し、電装品１５の廃熱を利用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、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。
【0077】
本実施形態で、車両の暖房モードで外気熱源とバッテリモジュール２４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。図５は、本発明の実施形態に係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とバッテリモジュールの廃熱回収のための作動状態図である。図５を参照すると、ヒートポンプシステムは、電装品１５の廃熱が不足した車両の初期始動空回転（ＩＤＬＥ）状態、または初期走行時にバッテリモジュール２４の廃熱と共に外気から外気熱源を吸収することができる。
【0078】
まず、冷却装置１０は作動が停止する。ここで、第１連結ライン３２は開放され、第２連結ライン３４は第１バルブＶ１の作動により開放される。また、第３連結ライン３６は第１バルブＶ１の作動により閉鎖され、第４連結ライン３８は第２バルブＶ２の作動により閉鎖される。バッテリー冷却装置２０では第２ラジエータ２２と連結される一部のバッテリー冷却水ライン２１が第１バルブＶ１の作動により閉鎖される。このような状態で、第２ウォータポンプ２３は、開放された一部のバッテリー冷却水ライン２１と、開放された第１、および第２連結ライン３２、３４に冷却水を循環させるために作動する。
【0079】
これにより、第２ウォータポンプ２３の作動により第１バルブＶ１からバッテリモジュール２４を通過した冷却水は、第２ラジエータ２２を通過せず、開放された第１、および第２連結ライン３２、３４に沿ってチラー３０を通過した後、開放された一部のバッテリー冷却水ライン２１を循環することができる。つまり、チラー３０を通過した冷却水は、第２連結ライン３４に沿って第１バルブＶ１に流入する。その後、冷却水は、第１バルブＶ１を通じて第２ウォータポンプ２３と連結されたバッテリー冷却水ライン２１に流入する。バッテリモジュール２４を通過した冷却水は、第２ウォータポンプ２３の作動により開放された一部のバッテリー冷却水ライン２１と、第１、および第２連結ライン３２、３４を循環することができる。
【0080】
これにより、バッテリー冷却水ライン２１に沿って循環する冷却水は、バッテリモジュール２４から廃熱を吸収して温度が上昇する。温度が上昇した冷却水は、第１、および第２連結ライン３２、３４と連結されたチラー３０に供給される。つまり、バッテリモジュール２４で発生した廃熱はチラー３０に供給される冷却水の温度を上昇させる。
【0081】
一方、暖房装置４０では第３ウォータポンプ４２の作動により暖房ライン４１に沿って冷却水が循環する。ここで、暖房ライン４１は、第２バルブＶ２の作動により冷却水ライン１１と連結されない。これにより、暖房ライン４１を循環する冷却水は、第３ウォータポンプ４２の作動によりヒーター４３を通過した後、コンデンサ５３に供給される。ここで、第２冷却水加熱器４５は、暖房ライン４１に沿って循環する冷却水の温度が目標温度より低い場合に作動して暖房ライン４１で循環する冷却水を加熱することができる。
【0082】
一方、第２冷却水加熱器４５の代わりに空気加熱器４７を適用する場合、空気加熱器４７は、ヒーター４３を通過した外気の温度が目標温度より低い場合に作動して車両の室内に流入する外気を加熱することができる。エアコン装置５０では車室内を暖房するために各構成要素が作動する。これにより、冷媒は冷媒ライン５１に沿って循環する。ここで、コンデンサ５３と蒸発器５６を連結する冷媒ライン５１は、第１膨張バルブ５５の作動により閉鎖される。
【0083】
冷媒連結ライン６１は、第２膨張バルブ６３の作動により開放される。ここで、第２膨張バルブ６３は、熱交換器５４から冷媒連結ライン６１に供給される冷媒を膨張させてチラー３０に供給することができる。また、第３膨張バルブ６５は、コンデンサ５３から供給された冷媒を膨張させて熱交換器５４に供給することができる。これにより、熱交換器５４は、膨張した冷媒を外気および熱交換により蒸発させながら外気熱源を回収する。そして、バッテリモジュール２４の廃熱を吸収して温度が上昇した冷却水は、第２ウォータポンプ２３の作動によりチラー３０を通過しながら、チラー３０に供給された冷媒の温度を上昇させながら回収する。
【0084】
つまり、チラー３０は熱交換器５４から供給され、第２膨張バルブ６３の作動により膨張した冷媒が冷媒連結ライン６１を通じて供給され、供給された冷媒をバッテリモジュール２４を通過しながら温度が上昇した冷却水との熱交換により蒸発させることによって、バッテリモジュール２４の廃熱を回収することができる。その後、チラー３０を通過した冷媒は、冷媒連結ライン６１に沿ってアキュムレータ５７に供給される。アキュムレータ５７に供給された冷媒は気体と液体に分離される。気体と液体に分離された冷媒中、気体冷媒は圧縮機５９に供給される。圧縮機５９から高温高圧の状態で圧縮された冷媒は、コンデンサ５３に流入する。ここで、コンデンサ５３に供給された冷媒は、暖房ライン４１を循環する冷却水と熱交換しながら冷却水の温度を上昇させることができる。温度が上昇した冷却水は、ヒーター４３に供給される。
【0085】
一方、開閉ドア（図示せず）は、ＨＶＡＣモジュール（図示せず）に流入して蒸発器５６を通過した外気が、ヒーター４３を通過するように開放される。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蒸発器５６の通過の際、冷却されない室温状態で流入する。流入した外気は、ヒーター４３を通過しながら高温状態に変換されて車室内に流入することによって、車室内の暖房が具現される。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初期始動空回転（ＩＤＬＥ）状態、または初期走行状態で暖房が要求される場合、熱交換器５４で外気熱源を吸収し、バッテリモジュール２４の廃熱を利用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、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。
【0086】
本実施形態で、車両の暖房モードで電装品１５の廃熱回収、およびバッテリモジュール２４を昇温する場合に対する作動を、図６を参照して説明する。図６は、本発明の実施形態に係る車両用ヒートポンプシステムで暖房モードによる電装品の廃熱回収、およびバッテリモジュールの昇温に対する作動状態図である。図６を参照すると、ヒートポンプシステムは、電装品１５の廃熱を回収しながら、バッテリモジュール２４を昇温させる。まず、冷却装置１０で第１ウォータポンプ１４は、冷却水の循環のために作動する。
【0087】
ここで、第１連結ライン３２は閉鎖され、第２連結ライン３４は第１バルブＶ１の作動により開放される。第３連結ライン３６は第１バルブＶ１の作動により開放され、第４連結ライン３８は第２バルブＶ２の作動により開放される。また、冷却装置１０では第１ラジエータ１２と連結される冷却水ライン１１が、第１、および第２バルブＶ１、Ｖ２の作動により閉鎖される。
【0088】
このような状態で、電装品１５を通過した冷却水は、第１ウォータポンプ１４の作動により第１ラジエータ１２を通過せず、開放された第２、および第４連結ライン３４、３８に沿ってチラー３０を通過した後、開放された一部の冷却水ライン１１を循環することができる。つまり、電装品１５を通過した冷却水は、第２バルブＶ２の作動により開放された第４連結ライン３８に沿ってチラー３０に供給される。チラー３０を通過した冷却水は、第１バルブＶ１の作動により開放された第２連結ライン３４に沿って第１バルブＶ１に流入する。その後、冷却水は、第１バルブＶ１を通じて電装品１５と連結された冷却水ライン１１で循環する。
【0089】
そうすると、電装品１５を通過した冷却水は、第１ラジエータ１２を通過せず、開放された冷却水ライン１１、開放された第２、および第４連結ライン３４、３８に沿って循環し続け、電装品１５から廃熱を吸収して温度が上昇する。温度が上昇した冷却水はチラー３０に供給される。したがって、電装品１５で発生した廃熱は、チラー３０に供給される冷却水の温度を上昇させる。つまり、このような作動を繰り返し行いながら冷却水は、電装品１５から廃熱を吸収して温度が上昇する。
【0090】
一方、バッテリー冷却装置２０では第２ラジエータ２２と連結される一部のバッテリー冷却水ライン２１が、第１バルブＶ１の作動により閉鎖される。このような状態で、バッテリー冷却装置２０では第２ウォータポンプ２３の作動によりバッテリモジュール２４と連結された一部のバッテリー冷却水ライン２１と、開放された第３連結ライン３６に沿って冷却水が循環する。これにより、第２ウォータポンプ２３の作動により第１バルブＶ１からバッテリモジュール２４を通過した冷却水は、第２ラジエータ２２を通過せず、開放された第３連結ライン３６および開放された一部のバッテリー冷却水ライン２１を循環することができる。
【0091】
ここで、第１冷却水加熱器２６は、開放されたバッテリー冷却水ライン２１および第３連結ライン３６に沿ってバッテリモジュール２４に供給される冷却水を加熱するように作動する。そうすると、バッテリー冷却水ライン２１および第３連結ライン３６で循環する冷却水は、第１冷却水加熱器２６を通過しながら温度が上昇する。第１冷却水加熱器２６を通過しながら温度が上昇した冷却水は、バッテリモジュール２４に供給されることによって、バッテリモジュール２６の温度を上昇させることができる。
【0092】
一方、暖房装置４０では第３ウォータポンプ４２の作動により暖房ライン４１に沿って冷却水が循環する。ここで、冷却水ライン１１および暖房ライン４１は、第２バルブＶ２の作動によりそれぞれ独立した密閉回路を形成することができる。これにより、暖房ライン４１を循環する冷却水は、第３ウォータポンプ４２の作動によりヒーター４３を通過した後、コンデンサ５３に供給される。ここで、第２冷却水加熱器４５は、暖房ライン４１に沿って循環する冷却水の温度が目標温度より低い場合に作動して暖房ライン４１で循環する冷却水を加熱することができる。一方、第２冷却水加熱器４５の代わりに空気加熱器４７を適用する場合、空気加熱器４７は、ヒーター４３を通過した外気の温度が目標温度より低い場合に作動して車両の室内に流入する外気を加熱することができる。エアコン装置５０では車室内を暖房するために各構成要素が作動する。これにより、冷媒は冷媒ライン５１に沿って循環する。
【0093】
ここで、コンデンサ５３と蒸発器５６を連結する冷媒ライン５１は第１膨張バルブ５５の作動により閉鎖される。冷媒連結ライン６１は、第２膨張バルブ６３の作動により開放される。ここで、第２膨張バルブ６３は、熱交換器５４から冷媒連結ライン６１に供給される冷媒を膨張させてチラー３０に供給することができる。また、第３膨張バルブ６５は、コンデンサ５３から供給された冷媒を膨張させて熱交換器５４に供給することができる。これにより、熱交換器５４は、膨張した冷媒を外気および熱交換により蒸発させながら外気熱源を回収する。
【0094】
そして、電装品１５の廃熱を吸収して温度が上昇した冷却水は、第１ウォータポンプ１４の作動によりチラー３０を通過しながら、チラー３０に供給された冷媒の温度を上昇させながら回収する。つまり、チラー３０は熱交換器５４から供給され、第２膨張バルブ６３の作動により膨張した冷媒は冷媒連結ライン６１を通じて供給され、供給された冷媒を、電装品１５を通過しながら温度が上昇した冷却水との熱交換により蒸発させることによって、電装品１５の廃熱を回収することができる。その後、チラー３０を通過した冷媒は、冷媒連結ライン６１に沿ってアキュムレータ５７に供給される。アキュムレータ５７に供給された冷媒は、気体と液体に分離される。気体と液体に分離された冷媒中、気体冷媒は圧縮機５９に供給される。
【0095】
圧縮機５９から高温高圧の状態で圧縮された冷媒は、コンデンサ５３に流入する。ここで、コンデンサ５３に供給された冷媒は、暖房ライン４１を循環する冷却水と熱交換しながら冷却水の温度を上昇させることができる。温度が上昇した冷却水は、ヒーター４３に供給される。
【0096】
一方、開閉ドア（図示せず）は、ＨＶＡＣモジュール（図示せず）に流入して、蒸発器５６を通過した外気がヒーター４３を通過するように開放される。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蒸発器５６の通過の際、冷却されない室温状態で流入する。流入した外気は、ヒーター４３を通過しながら高温状態に変換されて車室内に流入することによって、車室内の暖房が具現される。つまり、本実施形態によるヒートポンプシステムは、車両の暖房モードでバッテリモジュール２４の昇温が要求される場合、電装品１５の廃熱を利用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、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。
【0097】
また、開放された一部の冷却水ライン２１および開放された第３連結ライン３６で循環する冷却水が、第１冷却水加熱器２６を通過しながら温度が上昇した状態でバッテリモジュール２４に供給されることによって、バッテリモジュール２４の温度を速かに上昇させることができ、バッテリモジュール２４の効率的な温度管理が可能となる。
【0098】
本実施形態で、車両の暖房モードで、エアコン装置５０の作動なしに電装品１５の廃熱を利用する場合に対する作動を、図７を参照して説明する。図７は、本発明の実施形態に係る車両用ヒートポンプシステムで電装品の廃熱を利用して暖房モードを行うための作動状態図である。
【0099】
図７を参照すると、ヒートポンプシステムは、エアコン装置５０の作動なしに電装品１５の廃熱を利用して車室内の暖房を行うことができる。まず、冷却装置１０で第１ウォータポンプ１４は冷却水の循環のために作動する。この時、エアコン装置５０は作動が中断される。ここで、第１連結ライン３２は閉鎖され、第２連結ライン３４は第１バルブＶ１の作動により開放される。
【0100】
第３連結ライン３６は第１バルブＶ１の作動により閉鎖され、第４連結ライン３８は第２バルブＶ２の作動により開放される。また、冷却装置１０では第１ラジエータ１２と連結される冷却水ライン１１が、第１、および第２バルブＶ１、Ｖ２の作動により閉鎖される。このような状態で、電装品１５を通過した冷却水は、第１ウォータポンプ１４の作動により第１ラジエータ１２を通過せず、開放された第２、および第４連結ライン３４、３８に沿ってチラー３０を通過した後、開放された一部の冷却水ライン１１を循環する。一方、バッテリー冷却装置２０で第２ウォータポンプ２３は作動が停止する。つまり、第２ウォータポンプ２３とバッテリモジュール２４を連結するバッテリー冷却水ライン２１は閉鎖され、バッテリー冷却装置２０の作動が中断される。
【0101】
そうすると、電装品１５を通過した冷却水は、第１ラジエータ１２を通過せず、開放された冷却水ライン１１、第２、および第４連結ライン３４、３８に沿って循環し続け、電装品１５から廃熱を吸収して温度が上昇する。このような作動を繰り返し行いながら冷却水は、電装品１５から廃熱を吸収して温度が上昇する。そして、暖房装置４０では第２バルブＶ２の作動により冷却水ライン１１と暖房ライン４１が連結される。
【0102】
このような状態で、第１ウォータポンプ１４の作動により電装品１５を通過しながら温度が上昇した冷却水は、第１ラジエータ１２を通過せず、開放された冷却水ライン１１と連結される暖房ライン４１に流入する。暖房ライン４１に流入した冷却水は、第３ウォータポンプ４２の作動によりヒーター４３に供給される。ヒーター４３から排出した冷却水は、第２バルブＶ２の作動によって開放された第４連結ライン３８に沿ってチラー３０に流入する。チラー３０に流入した冷却水は、開放された第２連結ライン３４に沿って第１バルブＶ１に流入する。第１バルブＶ１に流入した冷却水は、開放された冷却水ライン１１に沿って電装品１５に供給される。つまり、電装品１５を通過した冷却水は、第１ラジエータ１２を通過せず、開放された冷却水ライン１１、暖房ライン４１、第２、および第４連結ライン３４、３８に沿って循環し続け、電装品１５から廃熱を吸収して温度が上昇する。
【0103】
温度が上昇した冷却水は、第１ラジエータ１２を通過せず、冷却水ライン１１と連結された暖房ライン４１に流入する。暖房ライン４１に流入した冷却水は、第３ウォータポンプ４２の作動によりヒーター４３を通過する。ここで、第２冷却水加熱器４５は、暖房ライン４１に沿って循環する冷却水の温度が目標温度より低い場合に作動して暖房ライン４１で循環する冷却水を加熱することができる。
【0104】
一方、第２冷却水加熱器４５の代わりに空気加熱器４７を適用する場合、空気加熱器４７は、ヒーター４３を通過した外気の温度に応じて選択的に作動する。つまり、空気加熱器４７は、ヒーター４３を通過した外気の温度が目標温度より低い場合に作動して車両の室内に流入する外気を加熱することができる。このような空気加熱器４７は、ヒーター４３を通過しながら高温の冷却水と熱交換が完了した外気の温度が設定温度または暖房目標温度より低い場合に作動する。空気加熱器４７が作動すると、外気は空気加熱器４７を通過しながら加熱して温度が上昇した状態で車両の室内に流入する。
【0105】
一方、ヒーター４３に供給された高温の冷却水は外気と熱交換された後、暖房ライン４１と第２バルブＶ２を通じて連結された第４連結ライン３８に流動する。その後、冷却水は、チラー３０を通過して開放された第２連結ライン３４に沿って第１バルブＶ１に流入し、上述した過程を繰り返し行いながら循環する。一方、開閉ドア（図示せず）は、ＨＶＡＣモジュール（図示せず）に流入する外気がヒーター４３を通過するように開放される。
【0106】
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蒸発器５６の通過の際、冷却されない室温状態で流入する。流入した外気は、ヒーター４３を通過しながら高温状態に変換されて車室内に流入することによって、車室内の暖房が具現される。つまり、本発明は、上述のような過程を繰り返し行いながら、電装品１５で発生した廃熱を回収して室内暖房に利用することによって、使用電力を減らし、全体的な暖房効率を向上させることができる。
【0107】
一方、電装品１５が過熱される場合、第１、および第２バルブＶ１、Ｖ２の作動により第１ラジエータ１２と連結された冷却水ライン１１が開放され、第４連結ライン３８は閉鎖される。そうすると、第１ウォータポンプ１４の作動により電装品１５を通過しながら温度が上昇した冷却水は、冷却水ライン１１と連結される暖房ライン４１に流入する。暖房ライン４１に流入した冷却水は、第３ウォータポンプ４２の作動によりヒーター４３に供給される。
【0108】
ヒーター４３から排出された冷却水は、暖房ライン４１から第２バルブＶ２を通じて連結された冷却水ライン１１に流入する。その後、冷却水ライン１１に流入した冷却水は、第１ラジエータ１２を通過しながら冷却され、第１ウォータポンプ１４の作動により冷却水ライン１１に沿って再び電装品１５に流入する。つまり、電装品１５を通過する冷却水は、電装品１５から廃熱を吸収して温度が上昇し、冷却水ライン１１と連結された暖房ライン４１を通じてヒーター４３に供給される。
【0109】
このような作動により、電装品１５の廃熱を吸収して温度が上昇した冷却水は、暖房装置４０を循環する。その後、冷却水は、第１ウォータポンプ１４の作動により第１ラジエータ１２を通過しながら冷却される。冷却が完了した冷却水は、電装品１５を通過しながら廃熱を回収すると同時に、電装品１５を効率的に冷却することができる。これにより、第１ラジエータ１２で冷却された冷却水が電装品１５に供給されることによって、電装品１５が過熱されることを防止することができる。
【0110】
本実施形態で、車両の低温除湿モードに対する作動を図８を参照して説明する。図８は、本発明の実施形態に係る車両用ヒートポンプシステムで低温除湿モードによる作動状態図である。ここで、低温除湿モードは、車両の暖房モードで車室内に除湿が要求される場合に作動するモードである。
【0111】
図８を参照すると、ヒートポンプシステムは、電装品１５の廃熱が十分である場合、電装品１５の廃熱を回収して室内暖房に利用することができる。まず、冷却装置１０で第１ウォータポンプ１４は、冷却水の循環のために作動する。ここで、第１連結ライン３２は閉鎖され、第２連結ライン３４は第１バルブＶ１の作動により開放される。第３連結ライン３６は第１バルブＶ１の作動により閉鎖され、第４連結ライン３８は第２バルブＶ２の作動により開放される。また、冷却装置１０では第１ラジエータ１２と連結される冷却水ライン１１が、第１、および第２バルブＶ１、Ｖ２の作動により閉鎖される。
【0112】
このような状態で、電装品１５を通過した冷却水は、第１ウォータポンプ１４の作動により第１ラジエータ１２を通過せず、開放された第２、および第４連結ライン３４、３８に沿ってチラー３０を通過した後、開放された一部の冷却水ライン１１を循環することができる。つまり、電装品１５を通過した冷却水は、第２バルブＶ２の作動により開放された第４連結ライン３８に沿ってチラー３０に供給される。チラー３０を通過した冷却水は、第１バルブＶ１の作動により開放された第２連結ライン３４に沿って第１バルブＶ１に流入する。その後、冷却水は、第１バルブＶ１を通じて電装品１５と連結された冷却水ライン１１で循環する。
【0113】
一方、バッテリー冷却装置２０で第２ウォータポンプ２３は作動が停止する。そうすると、電装品１５を通過した冷却水は、第１ラジエータ１２を通過せず、開放された冷却水ライン１１、開放された第２、および第４連結ライン３４、３８に沿って循環し続け、電装品１５から廃熱を吸収して温度が上昇する。温度が上昇した冷却水は、チラー３０に供給される。したがって、電装品１５で発生した廃熱は、チラー３０に供給される冷却水の温度を上昇させる。つまり、このような作動を繰り返し行いながら冷却水は、電装品１５から廃熱を吸収して温度が上昇する。
【0114】
一方、暖房装置４０では第３ウォータポンプ４２の作動により暖房ライン４１に沿って冷却水が循環する。ここで冷却水ライン１１および暖房ライン４１は、第２バルブＶ２の作動によりそれぞれ独立した密閉回路を形成することができる。これにより、暖房ライン４１を循環する冷却水は、第３ウォータポンプ４２の作動によりヒーター４３を通過した後、コンデンサ５３に供給される。ここで、第２冷却水加熱器４５は、暖房ライン４１に沿って循環する冷却水の温度が目標温度より低い場合に作動して暖房ライン４１で循環する冷却水を加熱することができる。
【0115】
また、第２冷却水加熱器４５の代わりに空気加熱器４７を適用する場合、空気加熱器４７は、ヒーター４３を通過した外気の温度が目標温度より低い場合に作動して車両の室内に流入する外気を加熱することができる。また、エアコン装置５０では車室内を暖房、および除湿するために各構成要素が作動する。これにより、冷媒は冷媒ライン５１に沿って循環する。ここで、コンデンサ５３と蒸発器５６を連結する冷媒ライン５１は、第１膨張バルブ５５の作動により開放される。冷媒連結ライン６１は、第２膨張バルブ６３の作動により開放される。ここで、第１、および第２膨張バルブ５５、６３は、膨張した冷媒が蒸発器５６とチラー３０にそれぞれ供給されるように熱交換器５４から冷媒連結ライン６１および冷媒ライン５１に供給される冷媒を膨張させる。また、第３膨張バルブ６５は、コンデンサ５３から供給された冷媒を膨張させて熱交換器５４に流入させることができる。
【0116】
これにより、熱交換器５４は、膨張した冷媒を外気および熱交換により蒸発させながら外気熱源を回収する。そして、電装品１５の廃熱を吸収して温度が上昇した冷却水は、第１ウォータポンプ１４の作動によりチラー３０を通過しながら、チラー３０に供給された冷媒の温度を上昇させながら回収する。つまり、チラー３０は熱交換器５４から供給され、第２膨張バルブ６３の作動により膨張した冷媒が冷媒連結ライン６１を通じて供給され、供給された冷媒を、電装品１５を通過しながら温度が上昇した冷却水との熱交換により蒸発させることによって、電装品１５の廃熱を回収することができる。その後、チラー３０を通過した冷媒は、冷媒連結ライン６１に沿ってアキュムレータ５７に供給される。
【0117】
アキュムレータ５７に供給された冷媒は、気体と液体に分離される。気体と液体に分離された冷媒中、気体冷媒は圧縮機５９に供給される。圧縮機５９から高温高圧の状態で圧縮された冷媒は、コンデンサ５３に流入する。ここで、コンデンサ５３に供給された冷媒は、暖房ライン４１を循環する冷却水と熱交換しながら冷却水の温度を上昇させる。温度が上昇した冷却水は、ヒーター４３に供給される。また、第１膨張バルブ５５の作動により蒸発器５６に供給された膨張した冷媒は、蒸発器５６を通過する外気と熱交換した後、冷媒ライン５１を通じてアキュムレータ５７を経て圧縮機５９に供給される。
【0118】
つまり、蒸発器５６を通過した冷媒は、冷媒連結ライン６１を通じてアキュムレータ５７に流入した冷媒と一緒に圧縮機５９に供給される。そして、圧縮機５９から高温高圧の状態で圧縮された冷媒は、コンデンサ５３に流入する。ここで、開閉ドア（図示せず）は、ＨＶＡＣモジュール（図示せず）に流入して蒸発器５６を通過した外気がヒーター４３を通過するように開放される。つまり、ＨＶＡＣモジュール（図示せず）に流入する外気は、蒸発器５６に流入した低温状態の冷媒によって蒸発器５６を通過しながら除湿される。その後、ヒーター４３を通過しながら高温状態に変換されて車室内に流入することによって、車室内を暖房および除湿するようになる。
【0119】
つまり、本実施形態によるヒートポンプシステムは、車両の低温除湿モードで、電装品１５で発生する廃熱と共に、車両の室内温度に応じて外気熱源を選択的に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、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。
【0120】
したがって、上述の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によると、冷却水と冷媒が熱交換される１つのチラー３０を利用して車両のモードによりバッテリモジュール２４の温度を調節し、冷却水を利用して車室内の暖房を実現することによって、全体システムの簡素化および単純化を図ることができる。
【0121】
また、本発明は、電装品１５またはバッテリモジュール２４から発生した廃熱を回収して室内暖房に使うことによって、暖房効率を向上させることができる。また、本発明は、車両の暖房モードで電装品１５の廃熱を回収し、かつバッテリモジュール２４を昇温させることができる。また、本発明は、バッテリモジュール２４の温度を効率的に調節することによって、バッテリモジュール２４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２４の管理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。
【0122】
また、本発明は、暖房装置４０に適用される第２冷却水加熱器４５または空気加熱器４７を利用して室内暖房に補助として使用することができ、コストおよび重量を節減することができる。また、本発明は、車両の暖房モードで外気熱源と、電装品１５およびバッテリモジュール２４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。また、本発明は、コンデンサ５３と熱交換器５４を利用し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、圧縮機５９の消耗動力を減らすことができる。さらに、本発明は、全体システムの簡素化により製造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。
【符号の説明】
【0123】
１０ 冷却装置
１１ 冷却水ライン
１２、２２ 第１、および第２ラジエータ
１３ クーリングファン
１４、２３、４２ 第１、第２、および第３ウォータポンプ
１５ 電装品
１６ 第１リザーバタンク
２０ バッテリー冷却装置
２１ バッテリー冷却水ライン
２４ バッテリモジュール
２６ 第１冷却水加熱器
２７ 第２リザーバタンク
３０ チラー
３２、３４、３６、３８ 第１、第２、第３、および第４連結ライン
４０ 暖房装置
４１ 暖房ライン
４３ ヒーター
４５ 第２冷却水加熱器
４７ 空気加熱器
５０ エアコン装置
５１ 冷媒ライン
５３ コンデンサ
５４ 熱交換器
５５、６３、６５ 第１、第２、および第３膨張バルブ
５６ 蒸発器
５７ アキュムレータ
５９ 圧縮機
６１ 冷媒連結ライン
Ｖ１、Ｖ２ 第１、および第２バルブ
１１ 冷却水ライン
１２、２２ 第１、および第２ラジエータ
１３ クーリングファン
１４、２３、４２ 第１、第２、および第３ウォータポンプ
１５ 電装品
１６ 第１リザーバタンク
２０ バッテリー冷却装置
２１ バッテリー冷却水ライン
２４ バッテリモジュール
２６ 第１冷却水加熱器
２７ 第２リザーバタンク
３０ チラー
３２、３４、３６、３８ 第１、第２、第３、および第４連結ライン
４０ 暖房装置
４１ 暖房ライン
４３ ヒーター
４５ 第２冷却水加熱器
４７ 空気加熱器
５０ エアコン装置
５１ 冷媒ライン
５３ コンデンサ
５４ 熱交換器
５５、６３、６５ 第１、第２、および第３膨張バルブ
５６ 蒸発器
５７ アキュムレータ
５９ 圧縮機
６１ 冷媒連結ライン
Ｖ１、Ｖ２ 第１、および第２バルブ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】