特許 7271395 車両用ヒートポンプシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-28

(45)【発行日】2023-05-11

(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 20060101AFI20230501BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20230501BHJP

   F25B 39/02 20060101ALI20230501BHJP

   F25B 5/04 20060101ALI20230501BHJP

   F25B 5/02 20060101ALI20230501BHJP

   F25B 39/00 20060101ALI20230501BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20230501BHJP

   H01M 10/663 20140101ALI20230501BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20230501BHJP

   H01M 10/6556 20140101ALI20230501BHJP

   H01M 10/6568 20140101ALI20230501BHJP

   F01P 3/12 20060101ALI20230501BHJP

   F01P 3/20 20060101ALI20230501BHJP

   F01P 7/16 20060101ALI20230501BHJP

【ＦＩ】

B60H1/22 651A

B60H1/22 651C

F25B1/00 399Y

F25B39/02 M

F25B5/04 B

F25B5/02 Z

F25B39/00 A

H01M10/613

H01M10/663

H01M10/625

H01M10/6556

H01M10/6568

F01P3/12

F01P3/20 G

F01P3/20 E

F01P7/16 504D

B60H1/22 671

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2019201484

(22)【出願日】2019-11-06

(65)【公開番号】P2021031045

(43)【公開日】2021-03-01

【審査請求日】2022-06-09

(31)【優先権主張番号】10-2019-0101006

(32)【優先日】2019-08-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【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

(73)【特許権者】

【識別番号】500518050

【氏名又は名称】起亞株式会社

【氏名又は名称原語表記】ＫＩＡ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

【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】100091982

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100127465

【弁理士】

【氏名又は名称】堀田 幸裕

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100158964

【弁理士】

【氏名又は名称】岡村 和郎

(72)【発明者】

【氏名】キム、ジェヨン

(72)【発明者】

【氏名】キム、スワン

(72)【発明者】

【氏名】チョ、ワン－ジェ

【審査官】奈須 リサ

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－２２９２２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１０４４８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２５５８７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１１７９９１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｈ １／００－３／０６

Ｆ２５Ｂ １／００－７／００

Ｆ２５Ｂ ３１／００－３１／０２、３９／００－４１／４８

Ｈ０１Ｍ １０／５２－１０／６６７

Ｆ０１Ｐ １／００－１１／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷却水ラインに連結されるラジエータ、第１ウォータポンプ、第１バルブ、およびリザーバタンクを含み、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；
前記リザーバタンクと第２バルブを通じて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；
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第３バルブを通じて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２バルブを通じて前記バッテリー冷却水ラインと連結される分岐ラインに備えられ、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るチラーであって、前記第１バルブを通じて前記冷却水ラインと前記分岐ラインを連結する連結ラインおよび前記分岐ラインを通じて選択的に流入する冷却水を、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；を含み、
前記エアコン装置に含まれているコンデンサは、前記暖房装置を循環する冷却水が通過するように前記暖房ラインと連結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】

前記連結ラインの一端は前記第１バルブを通じて前記冷却水ラインと連結され、前記連結ラインの他端は前記第２バルブと前記チラーの間で前記分岐ラインに連結され、
前記ヒーターは前記エアコン装置に含まれているＨＶＡＣモジュールの内部に備えられることを特徴とする、請求項１に記載の車両用ヒートポンプシステム。

【請求項3】

前記バッテリモジュールを昇温する場合、
前記第１バルブの作動により前記ラジエータと連結された前記冷却水ラインが閉鎖された状態で、前記連結ラインが開放され、
前記分岐ラインは、前記第２バルブの作動により開放され、
前記分岐ラインを基準にして前記リザーバタンクと連結された前記バッテリー冷却水ラインが閉鎖され、
前記第２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分岐ラインに沿って冷却水が循環し、
前記暖房装置では、前記第３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、前記冷却装置で前記電装品の廃熱によって温度が上昇した冷却水が、前記第３ウォータポンプの作動により前記暖房ラインを循環し、
前記暖房ラインから前記冷却水ラインに流入した高温の冷却水は、前記冷却水ラインから前記連結ラインを通じて前記分岐ラインに流入し、前記バッテリー冷却水ラインと前記分岐ラインを通じて連結された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２に記載の車両用ヒートポンプシステム。

【請求項4】

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と、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前記ヒーター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；
内部に前記暖房装置を通過する冷却水が循環し、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5】

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４に記載の車両用ヒートポンプシステム。

【請求項6】

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ることを特徴とする、請求項４に記載の車両用ヒートポンプシステム。

【請求項7】

前記第３膨張バルブは、
車両の暖房モードと、暖房／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４に記載の車両用ヒートポンプシステム。

【請求項8】

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４に記載の車両用ヒートポンプシステム。

【請求項9】

前記熱交換器は、
前記ラジエータの前方に配置されることを特徴とする、請求項４に記載の車両用ヒートポンプシステム。

【請求項10】

前記チラーと前記コンデンサは水冷式熱交換器であり、前記熱交換器は空冷式熱交換器であることを特徴とする、請求項４に記載の車両用ヒートポンプシステム。

【請求項11】

前記ＨＶＡＣモジュールは、
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むことを特徴とする、請求項４に記載の車両用ヒートポンプシステム。

【請求項12】

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１１に記載の車両用ヒートポンプシステム。

【請求項13】

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、
前記連結ラインが前記第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２バルブの作動により前記分岐ラインが開放され、前記分岐ラインを基準にして前記リザーバタンクと連結された前記バッテリー冷却水ラインが閉鎖された状態で、前記第２ウォータポンプの作動により前記チラーを通過した冷却水が前記バッテリー冷却水ラインと前記分岐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３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４に記載の車両用ヒートポンプシステム。

【請求項14】

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１３に記載の車両用ヒートポンプシステム。

【請求項15】

車両の暖房モードで外気熱源と、前記電装品および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バルブの作動により前記連結ラインが開放され、
前記冷却装置では、前記連結ラインを基準にして前記ラジエータと連結された前記冷却水ラインと、前記ラジエータと前記リザーバタンクを連結する前記冷却水ラインが閉鎖され、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ラジエータを通過せず、開放された前記連結ラインを通じて前記チラーに供給され、
前記バッテリー冷却装置では、前記第２バルブの作動により前記分岐ラインと前記バッテリー冷却水ラインがそれぞれ開放され、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を通過した冷却水が前記分岐ラインを通じて前記チラーに供給され、
前記冷却水ラインと前記暖房ラインは、前記第３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４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／除湿モードで、
前記第１バルブの作動により前記連結ラインが開放され、
前記冷却装置では、前記連結ラインを基準にして前記ラジエータと連結された前記冷却水ラインと、前記ラジエータと前記リザーバタンクを連結する前記冷却水ラインが閉鎖され、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ラジエータを通過せず、開放された前記連結ラインを通じて前記チラーに供給され、
前記バッテリー冷却装置では、前記第２バルブの作動により前記分岐ラインが開放され、前記分岐ラインを基準にして前記リザーバタンクと連結される前記バッテリー冷却水ラインを除いた残りの前記バッテリー冷却水ラインが閉鎖され、
前記チラーから排出した冷却水は前記分岐ラインと、開放された前記バッテリー冷却水ラインを通じて前記リザーバタンクに流入し、
前記冷却水ラインと前記暖房ラインは、前記第３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、および第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ることを特徴とする、請求項４に記載の車両用ヒートポンプシステム。

【請求項17】

前記第３膨張バルブは、
車室内の温度が低い場合、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、
車室内の温度が高い場合、前記コンデンサから供給された冷媒を膨張させない状態で、前記熱交換器に流入させることを特徴とする、請求項１６に記載の車両用ヒートポンプシステム。

【請求項18】

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、
前記連結ラインと前記分岐ラインは、前記第１、および第２バルブの作動により閉鎖され、
前記ラジエータで冷却されて前記リザーバタンクに貯蔵された冷却水は、前記第１ウォータポンプの作動により前記電装品に供給され、
前記第２バルブの作動により前記リザーバタンクと連結された前記バッテリー冷却水ラインには前記リザーバタンクに貯蔵された冷却水が循環しながら、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19】

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バルブの作動により前記連結ラインが開放され、
前記冷却装置では、前記連結ラインを基準にして前記ラジエータと連結された前記冷却水ラインと、前記ラジエータと前記リザーバタンクを連結する前記冷却水ラインが閉鎖され、
前記第２バルブの作動により前記分岐ラインが開放され、前記分岐ラインを基準にして前記リザーバタンクと連結される前記バッテリー冷却水ラインを除いた残りの前記バッテリー冷却水ラインが閉鎖され、
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ながら温度が上昇した冷却水は、前記ラジエータを通過せず、前記第３バルブを通じて連結された前記暖房ラインに沿って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暖房ライン、前記第３バルブ、および前記冷却水ライン、前記連結ライン、および前記分岐ラインに沿って前記チラーに供給され、
前記チラーから排出した冷却水は前記分岐ラインと、開放された前記バッテリー冷却水ラインを通じて前記リザーバタンクに流入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１バルブは、
前記電装品が過熱される場合、前記ラジエータと連結される前記冷却水ラインを開放して前記電装品を通過した冷却水中の一部の冷却水を前記連結ラインに流入させ、残りの冷却水を前記ラジエータに流入させることを特徴とする、請求項１９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。

【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凝縮器および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るようになり、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を確保しにくくなる。

【0009】

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は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、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ようにす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】

【0014】

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、冷却水ラインに連結されるラジエータ、第１ウォータポンプ、第１バルブ、およびリザーバタンクを含み、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；前記リザーバタンクと第２バルブを通じて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；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第３バルブを通じて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；および前記第２バルブを通じて前記バッテリー冷却水ラインと連結される分岐ラインに備えられ、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るチラーであって、前記第１バルブを通じて前記冷却水ラインと前記分岐ラインを連結する連結ラインおよび前記分岐ラインにより選択的に流入する冷却水を、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；を含むが、前記エアコン装置に含まれているコンデンサは、前記暖房装置を循環する冷却水が通過するように前記暖房ラインと連結される。

【0015】

前記連結ラインの一端は前記第１バルブを通じて前記冷却水ラインと連結され、前記連結ラインの他端は前記第２バルブと前記チラーとの間で前記分岐ラインに連結され、前記ヒーターは前記エアコン装置に含まれているＨＶＡＣモジュールの内部に備えられる。

【0016】

前記バッテリモジュールを昇温させる場合、前記第１バルブの作動により前記ラジエータと連結された前記冷却水ラインが閉鎖された状態で、前記連結ラインが開放され、前記分岐ラインは前記第２バルブの作動により開放され、前記分岐ラインを基準にして前記リザーバタンクと連結された前記バッテリー冷却水ラインが閉鎖され、前記第２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分岐ラインに沿って冷却水が循環し、前記暖房装置では前記第３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とが連結され、前記冷却装置で前記電装品の廃熱によって温度が上昇した冷却水が前記第３ウォータポンプの作動により前記暖房ラインを循環し、前記暖房ラインから前記冷却水ラインに流入した高温の冷却水は、前記冷却水ラインから前記連結ラインを通じて前記分岐ラインに流入され、前記バッテリー冷却水ラインと前記分岐ラインを通じて連結された前記バッテリモジュールに供給される。

【0017】

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と、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前記ヒーター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るＨＶＡＣモジュール；内部に前記暖房装置を通過する冷却水が循環し、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；を含むことができる。

【0018】

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、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ることができる。

【0020】

前記第３膨張バルブは、車両の暖房モードと、暖房／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ができる。

【0021】

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。

【0022】

前記熱交換器は前記ラジエータの前方に配置される。

【0023】

前記チラーと前記コンデンサは水冷式熱交換器であり、前記熱交換器は空冷式熱交換器であり得る。

【0024】

前記ＨＶＡＣモジュールは、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むことができる。

【0025】

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され得る。

【0026】

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、前記連結ラインが前記第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２バルブの作動により前記分岐ラインが開放され、前記分岐ラインを基準にして前記リザーバタンクと連結された前記バッテリー冷却水ラインが閉鎖された状態で、前記第２ウォータポンプの作動により前記チラーを通過した冷却水が前記バッテリー冷却水ラインと前記分岐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３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ができる。

【0027】

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ができる。

【0028】

車両の暖房モードで外気熱源と、前記電装品および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バルブの作動により前記連結ラインが開放され、前記冷却装置では前記連結ラインを基準にして前記ラジエータと連結された前記冷却水ラインと、前記ラジエータと前記リザーバタンクを連結する前記冷却水ラインが閉鎖され、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ラジエータの通過なしに開放された前記連結ラインを通じて前記チラーに供給され、前記バッテリー冷却装置では前記第２バルブの作動により前記分岐ラインと前記バッテリー冷却水ラインがそれぞれ開放され、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を通過した冷却水が前記分岐ラインを通じて前記チラーに供給され、前記冷却水ラインと前記暖房ラインは前記第３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ができる。

【0029】

車両の暖房／除湿モードで、前記第１バルブの作動により前記連結ラインが開放され、前記冷却装置では前記連結ラインを基準にして前記ラジエータと連結された前記冷却水ラインと、前記ラジエータと前記リザーバタンクを連結する前記冷却水ラインが閉鎖され、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ラジエータの通過なしに開放された前記連結ラインを通じて前記チラーに供給され、前記バッテリー冷却装置では前記第２バルブの作動により前記分岐ラインが開放され、前記分岐ラインを基準にして前記リザーバタンクと連結される前記バッテリー冷却水ラインを除いた残りの前記バッテリー冷却水ラインが閉鎖され、前記チラーから排出した冷却水は前記分岐ラインと、開放された前記バッテリー冷却水ラインを通じて前記リザーバタンクに流入し、前記冷却水ラインと前記暖房ラインは前記第３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ることができる。

【0030】

前記第３膨張バルブは車室内の温度が低い場合、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、車室内の温度が高い場合、前記コンデンサから供給された冷媒を膨張させない状態で、前記熱交換器に流入させることができる。

【0031】

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、前記連結ラインと前記分岐ラインは前記第１、および第２バルブの作動により閉鎖され、前記ラジエータで冷却されて前記リザーバタンクに貯蔵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電装品に供給され、前記第２バルブの作動により前記リザーバタンクと連結された前記バッテリー冷却水ラインには前記リザーバタンクに貯蔵された冷却水が循環しながら、前記バッテリモジュールに供給され得る。

【0032】

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バルブの作動により前記連結ラインが開放され、前記冷却装置では前記連結ラインを基準にして前記ラジエータと連結された前記冷却水ラインと、前記ラジエータと前記リザーバタンクを連結する前記冷却水ラインが閉鎖され、前記第２バルブの作動により前記分岐ラインが開放され、前記分岐ラインを基準にして前記リザーバタンクと連結される前記バッテリー冷却水ラインを除いた残りの前記バッテリー冷却水ラインが閉鎖され、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ながら温度が上昇した冷却水は、前記ラジエータの通過なしに前記第３バルブを通じて連結された前記暖房ラインに沿って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、前記暖房ライン、前記第３バルブ、および前記冷却水ライン、前記連結ライン、および前記分岐ラインに沿って前記チラーに供給され、前記チラーから排出した冷却水は、分岐ラインと、開放された前記バッテリー冷却水ラインを通じて前記リザーバタンクに流入し得る。

【0033】

前記第１バルブは前記電装品が過熱される場合、前記ラジエータと連結される前記冷却水ラインを開放して前記電装品を通過した冷却水中の一部の冷却水を前記連結ラインに流入させ、残りの冷却水を前記ラジエータに流入させることができる。

【0034】

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れば、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。

【0035】

また、本発明は、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。

【0036】

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、暖房装置に適用される冷却水加熱器を利用してバッテリモジュールをウォームアップするかまたは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。

【0038】

また、本発明は、車両の暖房モードで外気熱源と、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。

【0039】

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。

【0040】

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】

【0041】

【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た電装品とバッテリモジュールの冷却時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、電装品および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／除湿モード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車両の暖房モード時に電装品の廃熱回収および冷却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バッテリモジュールの昇温に対する作動状態図である。

【発明を実施するための形態】

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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および前記バッテリモジュール２４の廃熱を利用して暖房効率を向上させることができる。

【0050】

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を冷却するための冷却装置１０、前記バッテリモジュール２４を冷却するためのバッテリー冷却装置２０、冷却水を利用して室内を暖房するための暖房装置４０、および室内を冷房および暖房するための空調装置であるエアコン装置５０が相互連動され得る。

【0051】

つまり、図１を参照すれば、前記ヒートポンプシステムは、前記冷却装置１０、前記バッテリー冷却装置２０、前記チラー３０、および前記暖房装置４０を含む。

【0052】

図１を参照すれば、前記熱管理システムは、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。

【0053】

まず、前記冷却装置１０は、冷却水ライン１１に連結されるラジエータ１２、第１ウォータポンプ１４、第１バルブＶ１、およびリザーバタンク１６を含む。

【0054】

前記ラジエータ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の作動および外気との熱交換により冷却水を冷却させることになる。

【0055】

また、前記電装品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。

【0056】

このように構成される前記電装品１５は前記冷却水ライン１１に備えられ、水冷式で冷却され得る。

【0057】

これにより、車両の暖房モードで前記電装品１５の廃熱を回収する場合は前記電力制御装置、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。

【0058】

このような冷却装置１０は、前記冷却水ライン１１に備えられる前記電装品１５に冷却水が供給されるように前記冷却水ライン１１に冷却水を循環させることができる。

【0059】

前記バッテリー冷却装置２０は、前記リザーバタンク１６および第２バルブＶ２を通じて連結されるバッテリー冷却水ライン２１と、前記バッテリー冷却水ライン２１に連結される第２ウォータポンプ２２と、バッテリモジュール２４とを含む。

【0060】

このようなバッテリー冷却装置２０は、前記第２ウォータポンプ２２の作動により前記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。

【0061】

一方、前記バッテリモジュール２４は、前記電装品１５に電源を供給し、前記バッテリー冷却水ライン２１に沿って流動する冷却水で冷却される水冷式で形成され得る。

【0062】

ここで、前記第１、および第２ウォータポンプ１４、２２は電動式ウォータポンプであり得る。

【0063】

本実施形態で、前記チラー３０は、前記第２バルブＶ２を通じて前記バッテリー冷却水ライン２１と連結される分岐ライン３１に備えられる。

【0064】

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。つまり、前記チラー３０は、内部に冷却水が流入する水冷式熱交換器であり得る。

【0065】

これにより、前記チラー３０は、前記第１バルブＶ１を通じて前記冷却水ライン１１と前記分岐ライン３１を連結する連結ライン３５および前記分岐ライン３１に選択的に供給された冷却水を、前記エアコン装置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。

【0066】

ここで、前記連結ライン３５の一端は前記第１バルブＶ１を通じて前記冷却水ライン１１に連結される。前記連結ライン３５の他端は前記第２バルブＶ２と前記チラー３０との間で前記分岐ライン３１に連結される。

【0067】

このような連結ライン３５は、前記第１バルブＶ１と前記第１ウォータポンプ１４の作動により選択的に開閉され得る。また、前記連結ライン３５は、前記第１バルブＶ１の作動により前記冷却水ラインと前記分岐ライン３１を連結することができる。

【0068】

そして、前記暖房装置４０は、前記電装品１５を通過しながら温度が上昇した冷却水が供給されるように前記冷却水ライン１１と第３バルブＶ３を通じて連結される暖房ライン４１、前記暖房ライン４１に備えられる第３ウォータポンプ４２、およびヒーター５２ａを含むことができる。

【0069】

前記ヒーター５２ａは、前記エアコン装置５０に含まれているＨＶＡＣモジュール５２の内部に備えられる。

【0070】

ここで、前記第３ウォータポンプ４２と前記ヒーター５２ａとの間で前記暖房ライン４１には前記暖房ライン４１を循環する冷却水を選択的に加熱するための冷却水加熱器４３が備えられる。

【0071】

前記冷却水加熱器４３は車両の暖房モードで前記ヒーター５２ａに供給される冷却水の温度が目標温度より低い場合、ＯＮ作動して前記暖房ライン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前記ヒーター５２ａに流入させることができる。

【0072】

このような冷却水加熱器４３は、電源供給により作動する電気式ヒーターであり得る。

【0073】

一方、本実施形態では、前記冷却水加熱器４３が前記暖房ライン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、前記冷却水加熱器４３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４５を適用することができる。

【0074】

前記空気加熱器４５は、前記ヒーター５２ａを通過した外気を選択的に加熱するように前記ＨＶＡＣモジュール５２の内部で車両の室内に向かって前記ヒーター５２ａの後方に配置し得る。

【0075】

つまり、前記暖房装置４０には前記冷却水加熱器４３と前記空気加熱器４５のうちのいずれか１つが適用され得る。

【0076】

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前記冷却装置１０から前記暖房ライン４１に流入した高温の冷却水、または前記暖房ライン４１を循環しながら温度が上昇した冷却水を前記第３ウォータポンプ４２の作動により前記ヒーター５２ａ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。

【0077】

ここで、前記第１、第２、および第３ウォータポンプ１４、２６、４２は、電動式ウォータポンプであり得る。

【0078】

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前記ＨＶＡＣモジュール（Ｈｅａｔｉｎｇ、Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ、ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）５２、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。

【0079】

まず、前記ＨＶＡＣモジュール５２は、前記冷媒ライン５１を通じて連結される前記蒸発器５６と、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５６を通過した外気が前記ヒーター５２ａに選択的に流入するように調節する開閉ドア５２ｂとが内部に備えられる。

【0080】

つまり、前記開閉ドア５２ｂは、車両の暖房モードで前記蒸発器５６を通過した外気が前記ヒーター５２ａ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５２ｂは前記蒸発器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前記ヒーター５２ａ側を閉鎖することになる。

【0081】

ここで、前記暖房装置４０に前記冷却水加熱器４３を備えていない場合、前記ＨＶＡＣモジュール５２に備えられる前記空気加熱器４５は前記ヒーター５２ａを挟んで、前記蒸発器５６の反対側に備えられる。

【0082】

このような空気加熱器４５は、前記ヒーター５２ａ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５２ａを通過した外気の温度を上昇させるために作動され得る。

【0083】

一方、前記空気加熱器４５は、前記暖房ライン４１に前記冷却水加熱器４３を備えていない場合、前記ＨＶＡＣモジュール５２の内部に備えられる。

【0084】

つまり、本発明に係るヒートポンプシステムにおいて、前記冷却水加熱器４３と前記空気加熱器４５のうちの１つだけ適用され得る。

【0085】

本実施形態で、前記コンデンサ５３は前記冷媒ライン５１と連結されて冷媒が通過し、前記暖房装置４０を循環する冷却水が通過するように前記暖房ライン４１と連結される。

【0086】

このようなコンデンサ５３は、前記暖房ライン４１を通じて供給された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、前記コンデンサ５３は、内部に冷却水が流入する水冷式熱交換器であり得る。

【0087】

このように構成される前記コンデンサ５３は、前記圧縮機５９から供給された冷媒を前記暖房装置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。

【0088】

本実施形態で、前記熱交換器５４は、前記コンデンサ５３と前記蒸発器５６の間で前記冷媒ライン５１に備えられる。

【0089】

前記第１膨張バルブ５５は、前記熱交換器５４と前記蒸発器５６の間で前記冷媒ライン５１に備えられる。前記第１膨張バルブ５５には前記熱交換器５４を通過した冷媒が供給されて膨張させることになる。

【0090】

前記アキュムレータ５７は、前記蒸発器５６と前記圧縮機５９の間で前記冷媒ライン５１に備えられ、前記冷媒連結ライン６１と連結される。

【0091】

このようなアキュムレータ５７は、前記圧縮機５９に気体状態の冷媒だけを供給することによって、前記圧縮機５９の効率および耐久性を向上させる。

【0092】

本実施形態で、前記冷媒連結ライン６１の一端は前記熱交換器５４と前記第１膨張バルブ５５の間で前記冷媒ライン５１に連結される。そして、前記冷媒連結ライン６１の他端は前記アキュムレータ５７に連結される。

【0093】

ここで、前記アキュムレータ５７は、前記冷媒連結ライン６１を通じて供給された冷媒中、気体冷媒を前記圧縮機５９に供給することができる。

【0094】

一方、前記冷媒連結ライン６１には第２膨張バルブ６３が備えられ、前記コンデンサ５３と前記熱交換器５４の間で前記冷媒ライン５１には第３膨張バルブ６５が備えられる。

【0095】

前記第２膨張バルブ６３は冷媒で前記バッテリモジュール２４を冷却する場合、前記冷媒連結ライン６１を通じて流入する冷媒を膨張させて前記チラー３０に流入させることができる。

【0096】

ここで、前記第２膨張バルブ６３は、車両の暖房モード、および暖房／除湿モードで前記電装品１５、または前記バッテリモジュール２４の廃熱を回収する場合にも作動し得る。

【0097】

このような第２膨張バルブ６３は、前記冷媒連結ライン６１を通じて流入する冷媒を選択的に膨張させて前記チラー３０に流入させることができる。

【0098】

つまり、前記第２膨張バルブ６３は、前記熱交換器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前記チラー３０に流入させることによって、前記チラー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。

【0099】

これにより、前記バッテリモジュール２４には前記チラー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得る。

【0100】

前記第３膨張バルブ６５は車両の暖房モードと、暖房／除湿モードで前記熱交換器５４に流入する冷媒を選択的に膨張させることができる。

【0101】

ここで、前記熱交換器５４は前記第３膨張バルブ６５の選択的な作動により、前記コンデンサ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。

【0102】

つまり、前記熱交換器５４は、前記ラジエータ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。

【0103】

一方、前記熱交換器５４が冷媒を凝縮する場合、前記熱交換器５４は前記コンデンサ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。

【0104】

前記圧縮機５９は、前記蒸発器５６と前記コンデンサ５３の間で前記冷媒ライン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、圧縮された冷媒を前記コンデンサ５３に供給することができる。

【0105】

つまり、前記第１、第２、および第３膨張バルブ５５、６３、６５は前記冷媒ライン５１、または前記冷媒連結ライン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り得る。

【0106】

また、前記第１、および第２バルブＶ１、Ｖ２は、流量分配が可能な３－Ｗａｙバルブであり、前記第３バルブＶ３は、４－Ｗａｙバルブであり得る。

【0107】

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７を参照して詳しく説明する。

【0108】

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、冷却水を利用した前記電装品１５、および前記バッテリモジュール２４の冷却時の作動について、図２を参照して説明する。

【0109】

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た電装品とバッテリモジュールの冷却時の作動状態図である。

【0110】

図２を参照すれば、前記分岐ライン３１と前記連結ライン３５は前記第１、および第２バルブＶ１、Ｖ２の作動により閉鎖される。

【0111】

また、前記バッテリー冷却水ライン２１は、前記第２バルブＶ２の作動により前記リザーバタンク１６と連結される。

【0112】

このような状態で、前記冷却装置１０では前記電装品１５の冷却のために前記第１ウォータポンプ１４が作動する。これにより、前記電装品１５には前記ラジエータ１２で冷却され、前記リザーバタンク１６に貯蔵された冷却水が供給される。

【0113】

前記バッテリー冷却装置２０では前記バッテリモジュール２４の冷却のために前記第２ウォータポンプ２２が作動する。

【0114】

そうすると、前記リザーバタンク１６に貯蔵された冷却水は、前記第２バルブＶ２の作動により前記リザーバタンク１６と連結された前記バッテリー冷却水ライン２１に循環しながら、前記バッテリモジュール２４に供給される。

【0115】

つまり、前記ラジエータ１２で冷却され、前記リザーバタンク１６に貯蔵された冷却水は、前記第１、および第２ウォータポンプ１４、２２の作動により前記冷却水ライン１１と前記バッテリー冷却水ライン２１をそれぞれ循環しながら、前記電装品１５と前記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、前記電装品１５、および前記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。

【0116】

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。

【0117】

一方、本実施形態では、冷却水で前記電装品１５と前記バッテリモジュール２４を全て冷却させることを説明しているが、これに限定されず、前記電装品１５と前記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前記第１、および第２ウォータポンプ１４、２２を選択的に作動させることができる。

【0118】

車両の冷房モードで前記バッテリモジュール２４を冷却する場合に対する作動を、図３を参照して説明する。

【0119】

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。

【0120】

図３を参照すれば、前記冷却装置１０では前記第１ウォータポンプ１４の作動により前記冷却水ライン１１に冷却水が循環する。これにより、前記電装品１５には前記ラジエータ１２で冷却された冷却水が循環する。

【0121】

ここで、前記連結ライン３５は前記第１バルブＶ１の作動により閉鎖される。

【0122】

前記暖房装置４０では前記第３バルブＶ３の作動により前記冷却水ライン１１と前記暖房ライン４１が連結され、前記冷却装置１１から供給された冷却水が循環する。

【0123】

これにより、前記ラジエータ１２で冷却された冷却水は、前記第１、および第３ウォータポンプ１４、４２の作動により前記コンデンサ５３に供給される。

【0124】

前記バッテリー冷却装置２０では前記第２バルブＶ２の作動により前記分岐ライン３１が開放される。そして、前記分岐ライン３１を基準にして前記リザーバタンク１６と連結された前記バッテリー冷却水ライン２１は閉鎖される。

【0125】

このような状態で、前記チラー３０を通過した冷却水は、前記第２ウォータポンプ２２の作動により前記リザーバタンク１６の通過なしに前記分岐ライン３１、および前記分岐ライン３１と連結された前記バッテリー冷却水ライン２１に沿って循環しながら、前記バッテリモジュール２４に供給される。

【0126】

つまり、前記バッテリー冷却装置２０では前記第２バルブＶ２の作動により前記リザーバタンク１６と連結が閉鎖された状態で、開放された前記分岐ライン３１が前記バッテリー冷却水ライン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。

【0127】

前記エアコン装置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、冷媒は前記冷媒ライン５１に沿って循環する。

【0128】

ここで、前記熱交換器５４と前記蒸発器５６を連結する前記冷媒ライン５１は前記第１膨張バルブ５５の作動により開放される。前記冷媒連結ライン６１は、前記第２膨張バルブ６３の作動により開放される。

【0129】

そうすると、前記熱交換器５４を通過した冷媒は、前記冷媒ライン５１と前記冷媒連結ライン６１に沿って循環できる。

【0130】

ここで、前記第１、および第２膨張バルブ５５、６３は、膨張した冷媒が前記蒸発器５６と前記チラー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、前記第３膨張バルブ６５は、前記コンデンサ５３から供給された冷媒を膨張させず、前記熱交換器５４に流入させることができる。

【0131】

一方、前記暖房装置４０は、前記第３ウォータポンプ４２の作動により前記冷却装置１０から供給された冷却水を前記コンデンサ５３に供給する。

【0132】

これにより、前記コンデンサ５３は、前記暖房ライン４１に沿って流動する冷却水を利用して前記冷媒を凝縮させる。そして、前記熱交換器５４は、前記第３膨張バルブ６５の作動により前記コンデンサ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。

【0133】

一方、前記チラー３０を通過した冷却水は、前記第２ウォータポンプ２２の作動により前記バッテリモジュール２４を冷却させるように前記リザーバタンク１６の通過なしに、前記バッテリー冷却水ライン２１、および前記分岐ライン３１を循環する。

【0134】

前記チラー３０を通過する冷却水は、前記チラー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。前記チラー３０で冷却された冷却水は、前記バッテリモジュール２４に供給される。これにより、前記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。

【0135】

つまり、前記第２膨張バルブ６３は、膨張した冷媒を前記チラー３０に供給するように前記熱交換器５４を通過した冷媒中、一部の冷媒を膨張させ、前記冷媒連結ライン６１を開放する。

【0136】

したがって、前記熱交換器５４から排出した一部の冷媒は、前記第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、前記冷媒連結ライン６１と連結される前記チラー３０に流入する。

【0137】

その後、前記チラー３０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６１を通じて前記アキュムレータ５７を通過した後、前記圧縮機５９に流入する。

【0138】

つまり、前記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、低温低圧の冷媒と前記チラー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、前記バッテリー冷却水ライン２１と前記分岐ライン３１を通じて再びバッテリモジュール２４に供給される。

【0139】

つまり、冷却水は前記過程を繰り返し行いながら、前記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。

【0140】

一方、前記熱交換器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５５、前記蒸発器５６、前記圧縮機５９、および前記コンデンサ５３を順次に通過する。

【0141】

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５６に流入した低温状態の冷媒によって前記蒸発器５６を通過しながら冷却される。

【0142】

この際、前記開閉ドア５２ｂは、冷却された外気が前記ヒーター５２ａを通過しないように、前記ヒーター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。

【0143】

一方、前記蒸発器５６には前記コンデンサ５３と前記熱交換器５４を順次に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。

【0144】

つまり、本実施形態では前記コンデンサ５３が冷媒を凝縮し、前記熱交換器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。

【0145】

そして、サブクールが形成された冷媒が、前記蒸発器５６でより低い温度で蒸発することによって、前記蒸発器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。

【0146】

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。

【0147】

前記チラー３０で冷却された低温の冷却水は、前記バッテリモジュール２４に流入する。これにより、前記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ことができる。

【0148】

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４を参照して説明する。

【0149】

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、電装品および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。

【0150】

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前記電装品１５、および前記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。

【0151】

まず、前記冷却装置１０で前記第１ウォータポンプ１４は、冷却水の循環のために作動する。

【0152】

ここで、前記連結ライン３５は、前記第１バルブＶ１の作動により開放される。これと同時に、前記連結ライン３５を基準にして前記ラジエータ１２と連結された前記冷却水ライン１１と、前記ラジエータ１２と前記リザーバタンク１６を連結する前記冷却水ライン１１は前記第１バルブＶ１の作動により閉鎖される。

【0153】

このような状態で、前記電装品１５を通過した冷却水は、前記第１ウォータポンプ１４の作動により前記ラジエータ１２を通過せず、開放された前記連結ライン３５に沿って前記チラー３０に供給される。

【0154】

一方、前記バッテリー冷却装置２０では前記第２バルブＶ２の作動により前記分岐ライン３１と前記バッテリー冷却水ライン２１がそれぞれ開放される。前記バッテリモジュール２４を通過した冷却水は、前記第２ウォータポンプ２２の作動により前記分岐ライン３１に沿って前記チラー３０に供給される。

【0155】

つまり、前記冷却装置１０では開放された前記連結ライン３５を通じて前記冷却水ライン１１が前記分岐ライン３１と連結される。そして、前記バッテリー冷却装置２０では前記分岐ライン３１を基準にして前記バッテリモジュール２４と連結された前記バッテリー冷却水ライン２１と、前記リザーバタンク１６と連結された前記バッテリー冷却水ライン２１が前記分岐ライン３１とそれぞれ連結される。

【0156】

そうすると、前記電装品１５を通過した冷却水は、前記ラジエータ１２を通過せず、前記冷却水ライン１１、前記連結ライン３５、および前記分岐ライン３１に沿って循環し続け、前記電装品１５から廃熱を吸収して温度が上昇する。

【0157】

また、前記バッテリモジュール２４を通過した冷却水は、前記バッテリー冷却水ライン２１と前記分岐ライン３１に沿って循環し続けながら、前記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。

【0158】

温度が上昇した冷却水は、前記分岐ライン３１に備えられる前記チラー３０に供給される。つまり、前記電装品１５と前記バッテリモジュール２４から発生した廃熱は、前記冷却水ライン１１と前記バッテリー冷却水ライン２１をそれぞれ循環する冷却水の温度を上昇させる。

【0159】

前記暖房装置４０では、前記第３ウォータポンプ４２の作動により前記暖房ライン４１に沿って冷却水が循環する。

【0160】

ここで、前記冷却水ライン１１と前記暖房ライン４１は前記第３バルブＶ３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。

【0161】

これにより、前記暖房ライン４１を循環する冷却水は、前記第３ウォータポンプ４２の作動により前記ヒーター５２ａを通過した後、前記コンデンサ５３に供給される。

【0162】

ここで、前記冷却水加熱器４３は、前記暖房ライン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、前記暖房ライン４１で循環する冷却水を加熱することができる。

【0163】

一方、前記冷却水加熱器４３の代わりに前記空気加熱器４５が適用される場合、前記空気加熱器４５は、前記ヒーター５２ａ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。

【0164】

前記エアコン装置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、冷媒は前記冷媒ライン５１に沿って循環する。

【0165】

ここで、前記コンデンサ５３と前記蒸発器５６を連結する前記冷媒ライン５１は、前記第１膨張バルブ５５の作動により閉鎖される。

【0166】

前記冷媒連結ライン６１は、前記第２膨張バルブ６３の作動により開放される。

【0167】

ここで、前記第２膨張バルブ６３は、前記熱交換器５４から前記冷媒連結ライン６１に供給される冷媒を膨張させて、前記チラー３０に供給することができる。

【0168】

また、前記第３膨張バルブ６５は、前記コンデンサ５３から供給された冷媒を膨張させて、前記熱交換器５４に供給することができる。

【0169】

これにより、前記熱交換器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。

【0170】

そして、前記電装品１５と前記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、前記第１、および第２ウォータポンプ１４の作動により前記チラー３０を通過しながら、前記チラー３０に供給された冷媒の温度を上昇させながら回収される。

【0171】

つまり、前記チラー３０は前記熱交換器５４から供給され、前記第２膨張バルブ６３の作動により膨張した冷媒が前記冷媒連結ライン６１を通じて供給され、供給された冷媒を前記電装品１５と前記バッテリモジュール２４をそれぞれ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、前記電装品１５、および前記バッテリモジュール２４の廃熱を回収することができる。

【0172】

その後、前記チラー３０を通過した冷媒は、前記冷媒連結ライン６１に沿って前記アキュムレータ５７に供給される。

【0173】

前記アキュムレータ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、気体冷媒は前記圧縮機５９に供給される。

【0174】

前記圧縮機５９から高温高圧の状態で圧縮された冷媒は、前記コンデンサ５３に流入する。

【0175】

ここで、前記コンデンサ５３に供給された冷媒は、前記暖房ライン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、前記ヒーター５２ａに供給される。

【0176】

一方、前記開閉ドア５２ｂは、前記ＨＶＡＣモジュール５２に流入して前記蒸発器５６を通過した外気が、前記ヒーター５２ａを通過するように開放される。

【0177】

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、前記ヒーター５２ａ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得る。

【0178】

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、前記熱交換器５４で外気熱源を吸収し、前記電装品１５、および前記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、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。

【0179】

一方、本実施形態では前記電装品１５と前記バッテリモジュール２４の廃熱を共に回収す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、前記バッテリモジュール２４の廃熱は選択的に回収することができる。

【0180】

つまり、前記バッテリモジュール２４の廃熱を回収しない場合、前記バッテリー冷却装置２０では前記分岐ライン３１を基準にして前記リザーバタンク１６と連結される前記バッテリー冷却水ライン２１を除いた残りの前記バッテリー冷却水ライン２１が閉鎖され、前記第２ウォータポンプ２２は作動が停止し得る。

【0181】

本実施形態で、車両の暖房／除湿モードによる前記電装品１５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。

【0182】

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／除湿モードに対する作動状態図である。

【0183】

図５を参照すれば、前記ヒートポンプシステムは、車両の暖房／除湿モードで前記電装品１５の廃熱を回収して室内暖房に利用することができる。

【0184】

ここで、車室内の温度が低温の場合、前記ヒートポンプシステムは、前記電装品１５の廃熱と共に外気熱源を回収することができる、反面、車室内の温度が高温の場合には前記電装品１５の廃熱だけを回収して車両の室内暖房に利用することができる。

【0185】

まず、前記冷却装置１０で前記第１ウォータポンプ１４は冷却水の循環のために作動する。

【0186】

ここで、前記連結ライン３５は、前記第１バルブＶ１の作動により開放される。これと同時に、前記連結ライン３５を基準にして前記ラジエータ１２と連結された前記冷却水ライン１１と、前記ラジエータ１２と前記リザーバタンク１６を連結する前記冷却水ライン１１は前記第１バルブＶ１の作動により閉鎖される。

【0187】

このような状態で、前記電装品１５を通過した冷却水は、前記第１ウォータポンプ１４の作動により前記ラジエータ１２を通過せず、開放された前記連結ライン３５に沿って前記チラー３０に供給される。

【0188】

一方、前記バッテリー冷却装置２０では前記第２バルブＶ２の作動により前記分岐ライン３１が開放され、前記分岐ライン３１を基準にして前記リザーバタンク１６と連結される前記バッテリー冷却水ライン２１を除いた残りの前記バッテリー冷却水ライン２１が閉鎖される。

【0189】

つまり、前記第２ウォータポンプ２２と前記バッテリモジュール２４を連結する前記バッテリー冷却水ライン２１は閉鎖され、前記第２ウォータポンプ２２の作動が中止される。

【0190】

このような状態で、前記電装品１５を通過した冷却水は、前記ラジエータ１２を通過せず、前記冷却水ライン１１、前記連結ライン３５、および前記分岐ライン３１に沿って循環し続け、前記電装品１５から廃熱を吸収して温度が上昇する。

【0191】

温度が上昇した冷却水は、前記分岐ライン３１に備えられる前記チラー３０に供給される。

【0192】

前記チラー３０から排出した冷却水は、前記分岐ライン３１と、開放された前記バッテリー冷却水ライン２１とを通じて前記リザーバタンク１６に流入する。その後、冷却水は、前記第１ウォータポンプ１４の作動により前記リザーバタンク１６から再び前記冷却水ライン１１に沿って前記電装品１５を通過して前記連結ライン３５に流入し得る。

【0193】

つまり、前記電装品１５から発生した廃熱は、前記冷却水ライン１１、前記連結ライン３５、前記分岐ライン３１、および開放された前記バッテリー冷却水ライン２１を循環する冷却水の温度を上昇させる。

【0194】

前記暖房装置４０では前記第３ウォータポンプ４２の作動により前記暖房ライン４１に沿って冷却水が循環する。

【0195】

ここで、前記冷却水ラインと１１前記暖房ライン４１は、前記第３バルブＶ３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。

【0196】

これにより、前記暖房ライン４１を循環する冷却水は、前記第３ウォータポンプ４２の作動により前記ヒーター５２ａを通過した後、前記コンデンサ５３に供給される。

【0197】

ここで、前記冷却水加熱器４３は、前記暖房ライン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、前記暖房ライン４１で循環する冷却水を加熱することができる。

【0198】

一方、前記冷却水加熱器４３の代わりに前記空気加熱器４５が適用される場合、前記空気加熱器４５は、前記ヒーター５２ａ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。

【0199】

本実施形態で、前記エアコン装置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、冷媒は前記冷媒ライン５１に沿って循環する。

【0200】

ここで、前記コンデンサ５３と前記蒸発器５６を連結する前記冷媒ライン５１は、前記第１膨張バルブ５５の作動により開放される。

【0201】

前記冷媒連結ライン６１は、前記第２膨張バルブ６３の作動により開放される。

【0202】

ここで、前記第１、および第２膨張バルブ５５、６３は膨張した冷媒が、前記蒸発器５６と前記チラー３０にそれぞれ供給されるように前記熱交換器５４から前記冷媒連結ライン６１と前記冷媒ライン５１に供給される冷媒を膨張させることができる。

【0203】

また、前記第３膨張バルブ６５は車室内の温度が低い場合、前記コンデンサ５３から供給された冷媒を膨張させて前記熱交換器５４に流入させることができる。

【0204】

これにより、前記熱交換器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。

【0205】

これとは反対に、前記第３膨張バルブ６５は車室内の温度が高い場合、前記コンデンサ５３から供給された冷媒を膨張させない状態で、前記熱交換器５４に流入させることができる。

【0206】

これにより、前記熱交換器５４は、冷媒を外気との熱交換により凝縮させることができる。

【0207】

そして、前記電装品１５の廃熱を吸収して温度が上昇した冷却水は、前記第１ウォータポンプ１４の作動により前記チラー３０を通過しながら、前記チラー３０に供給された冷媒の温度を上昇させながら回収される。

【0208】

つまり、前記チラー３０は前記熱交換器５４から供給され、前記第２膨張バルブ６３の作動により膨張した冷媒が前記冷媒連結ライン６１を通じて供給され、供給された冷媒を前記電装品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、前記電装品１５の廃熱を回収することができる。

【0209】

その後、前記チラー３０を通過した冷媒は、前記冷媒連結ライン６１に沿って前記アキュムレータ５７に供給される。

【0210】

前記アキュムレータ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、気体冷媒は前記圧縮機５９に供給される。

【0211】

前記圧縮機５９から高温高圧の状態で圧縮された冷媒は、前記コンデンサ５３に流入する。

【0212】

ここで、前記コンデンサ５３に供給された冷媒は、前記暖房ライン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、前記ヒーター５２ａに供給される。

【0213】

一方、前記第１膨張バルブ５５の作動により前記蒸発器５６に供給された膨張した冷媒は、前記蒸発器５６を通過する外気と熱交換した後、前記冷媒ライン５１に沿って前記アキュムレータ５７を経て前記圧縮機５９に供給される。

【0214】

つまり、前記蒸発器５６を通過した冷媒は、前記冷媒連結ライン６１を通じて前記アキュムレータ５７に流入した冷媒と一緒に前記圧縮機５９に供給される。

【0215】

そして、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コンデンサ５３に流入する。

【0216】

ここで、前記開閉ドア５２ｂは、前記ＨＶＡＣモジュール５２に流入して前記蒸発器５６を通過した外気が前記ヒーター５２ａを通過するように開放される。

【0217】

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５６に流入した低温状態の冷媒によって前記蒸発器５６を通過しながら除湿される。その後、前記ヒーター５２ａ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ことになる。

【0218】

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／除湿モードで前記電装品１５で発生する廃熱と共に、車両の室内温度により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、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。

【0219】

本実施形態で、車両の暖房モードで前記エアコン装置５０の作動なしに前記電装品１５の廃熱を利用する場合に対する作動を、図６を参照して説明する。

【0220】

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車両の暖房モード時に電装品の廃熱回収および冷却に対する作動状態図である。

【0221】

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の廃熱を利用して車室内の暖房に使用することができる。

【0222】

まず、前記冷却装置１０で前記第１ウォータポンプ１４は、冷却水の循環のために作動する。この際、前記エアコン装置５０は作動が中断される。

【0223】

ここで、前記連結ライン３５は、前記第１バルブＶ１の作動により開放される。

【0224】

これにより、前記冷却装置１０では、前記連結ライン３５を基準にして前記ラジエータ１２と連結された前記冷却水ライン１１と、前記ラジエータ１２と前記リザーバタンク１６を連結する前記冷却水ライン１１が前記第１バルブＶ１の作動により閉鎖される。

【0225】

前記分岐ライン３１は前記第２バルブＶ１の作動により開放され、前記分岐ライン３１を基準にして前記リザーバタンク１６と連結される前記バッテリー冷却水ライン２１を除いた残りの前記バッテリー冷却水ライン２１が閉鎖される。

【0226】

つまり、前記第２ウォータポンプ２２と前記バッテリモジュール２４を連結する前記バッテリー冷却水ライン２１は閉鎖され、前記第２ウォータポンプ２２の作動が中止される。

【0227】

このような状態で、前記第１ウォータポンプ１４の作動により前記電装品１５を通過しながら温度が上昇した冷却水は、前記ラジエータ１２の通過なしに前記第３バルブＶ３を通じて連結された前記暖房ライン４１に沿って前記ヒーター５２ａに供給される。

【0228】

ここで、前記暖房ライン４１に流入した冷却水は、前記第３ウォータポンプ４２の作動により前記ヒーター５２ａを通過する。この際、前記冷却水加熱器４３は、前記暖房ライン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、前記暖房ライン４１で循環する冷却水を加熱することができる。

【0229】

一方、前記冷却水加熱器４３の代わりに前記空気加熱器４５が適用される場合、前記空気加熱器４５は前記ヒーター５２ａを通過した外気の温度により選択的に作動し得る。

【0230】

つまり、前記空気加熱器４５は、前記ヒーター５２ａ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。

【0231】

このような空気加熱器４５は、前記ヒーター５２ａ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、または暖房の目標温度より低い場合に作動する。

【0232】

つまり、前記空気加熱器４５が作動すると、外気は前記空気加熱器４５を通過しながら加熱して温度が上昇した状態で車室内に流入することができる。

【0233】

本実施形態で、前記ヒーター５２ａから排出した冷却水は、前記暖房ライン４１と前記第３バルブＶ３を経て前記冷却水ライン１１に流入した後、前記連結ライン３５と前記分岐ライン３１に沿って前記チラー３０に供給される。

【0234】

ここで、前記チラー３０に供給された冷却水は、前記チラー３０に冷媒が流入しないため、冷媒と熱交換なしに前記チラー３０を通過できる。

【0235】

前記チラー３０から排出した冷却水は、前記分岐ライン３１と開放された前記バッテリー冷却水ライン２１を順次に経て、再び前記リザーバタンク１６に流入する。

【0236】

つまり、前記電装品１５を通過した冷却水は、前記ラジエータ１２を通過せず、前記冷却水ライン１１、前記暖房ライン４１、連結ライン３５、前記分岐ライン３１、および一部の前記バッテリー冷却水ライン２１に沿って循環し続け、前記電装品１５から廃熱を吸収して温度が上昇する。

【0237】

温度が上昇した冷却水は、前記第３バルブＶ３の作動により前記冷却水ライン１１と連結された前記暖房ライン４１に流入する。その後、前記暖房ライン４１に流入した高温の冷却水は前記ヒーター５２ａに供給される。

【0238】

ここで、前記開閉ドア５２ｂは、前記ＨＶＡＣモジュール５２に流入する外気が前記ヒーター５２ａを通過するように開放される。

【0239】

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、前記ヒーター５２ａ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得る。

【0240】

つまり、本発明は前記過程を繰り返し行いながら、前記電装品１５から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。

【0241】

一方、前記電装品１５の廃熱を冷却水を利用して回収して車室内を暖房する過程で、前記電装品１５が過熱されると、前記第１バルブＶ１の作動により前記ラジエータ１２と連結された前記冷却水ライン１１と前記ラジエータ１２と前記リザーバタンク１６を連結する前記冷却水ライン１１が開放される。

【0242】

これにより、前記ヒーター５２ａに供給されない残りの冷却水は、前記ラジエータ１２を通過しながら冷却される。

【0243】

冷却が完了した冷却水は、前記連結ライン３５、前記分岐ライン３１、および一部の前記バッテリー冷却水ライン２１を通じて前記リザーバタンク１６に流入した冷却水と一緒に、前記電装品１５を通過しながら廃熱を回収すると同時に、前記電装品１５を効率的に冷却することができる。

【0244】

つまり、前記第１バルブＶ１は前記電装品１５が過熱される場合、前記ラジエータ１２と連結される前記冷却水ライン１１を開放して前記電装品１５を通過した冷却水中の一部の冷却水を前記連結ライン３５に流入させ、残りの冷却水を前記ラジエータ１２に流入させることができる。

【0245】

これにより、前記ラジエータ１２で冷却された一部の冷却水が前記電装品１５に供給されることによって、前記電装品１５が過熱されることを防止することができる。

【0246】

したがって、本発明は、前記電装品１５から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。

【0247】

これと同時に、本発明は、流量分配が可能な前記第１バルブＶ１の作動制御により一部の冷却水を前記ラジエータ１２に流入させて冷却した後、前記電装品１５に供給することによって、前記電装品１５の効率的な冷却が可能になると同時に、前記電装品１５の冷却性能を確保できる。

【0248】

そして、前記バッテリモジュール２４を昇温させる場合に対する作動を、図７を参照して説明する。

【0249】

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バッテリモジュールの昇温に対する作動状態図である。

【0250】

図７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の廃熱を回収して前記バッテリモジュール２４を昇温させることができる。

【0251】

まず、前記冷却装置１０では、前記第１バルブＶ１の作動により前記ラジエータ１２と連結された前記冷却水ライン１１が閉鎖された状態で、前記連結ライン３５が開放される。ここで、前記エアコン装置５０は作動が中断される。

【0252】

前記分岐ライン３１は前記第２バルブＶ２の作動により開放される。そして、前記分岐ライン３１を基準にして前記リザーバタンク１６と連結された前記バッテリー冷却水ライン２１を除いた残りの前記バッテリー冷却水ライン２１が開放される。

【0253】

結果的に、前記リザーバタンク１６と連結される前記バッテリー冷却水ライン２１は閉鎖され、前記バッテリモジュール２４と連結された残りの前記バッテリー冷却水ライン２１は開放される。

【0254】

つまり、前記バッテリー冷却装置２０で、前記第２ウォータポンプ２２と前記バッテリモジュール２４を連結する前記バッテリー冷却水ライン２１は、前記分岐ライン３１と連結されるように開放される。

【0255】

これにより、前記バッテリー冷却装置２０では、前記第２ウォータポンプ２２の作動により開放された前記バッテリー冷却水ライン２１と前記分岐ライン３１に沿って冷却水が循環する。

【0256】

前記バッテリモジュール２４を通過した冷却水中の一部の冷却水は、前記第２バルブＶ２を通じて連結された前記リザーバタンク１６に流入し、残りの冷却水は前記分岐ライン３１に流入し得る。

【0257】

一方、前記暖房装置４０では、前記第３バルブＶ３の作動により前記冷却水ライン１１と前記暖房ライン４１が連結される。

【0258】

このような状態で、前記第１ウォータポンプ１４の作動により前記電装品１５を通過しながら温度が上昇した冷却水は、前記ラジエータ１２を通過せず、前記第３バルブＶ３を通じて連結された前記暖房ライン４１に流入する。

【0259】

つまり、前記冷却装置１０で前記電装品１５の廃熱によって温度が上昇した冷却水は、前記第３ウォータポンプ４２の作動により前記暖房ライン４１を循環することができる。

【0260】

ここで、前記冷却水加熱器４３は、前記暖房ライン４１を循環する冷却水の温度が設定温度より低い場合、冷却水を加熱するように作動し得る。そうすると、前記暖房ライン４１で循環する冷却水は、前記冷却水加熱器４３を通過しながら温度が上昇する。

【0261】

前記冷却水加熱器４３を通過しながら温度が上昇した冷却水は、前記暖房ライン４１から前記第３バルブＶ３を通じて前記冷却水ライン１１に流入する。その後、高温の冷却水は、前記冷却水ライン１１から前記連結ライン３５を通じて前記分岐ライン３１に流入する。

【0262】

前記分岐ライン３１に流入した高温の冷却水は、前記バッテリー冷却水ライン２１と前記分岐ライン３１を通じて連結された前記バッテリモジュール２４に供給される。

【0263】

これにより、高温の冷却水は、前記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。

【0264】

つまり、本発明は、前記過程を繰り返し行いながら、前記バッテリモジュール２４の温度を迅速に上昇させることができ、前記バッテリモジュール２４の効率的な温度管理が可能になる。

【0265】

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れば、冷却水と冷媒が熱交換される１つの前記チラー３０を利用して車両のモードに応じて前記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。

【0266】

また、本発明は、前記電装品１５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。

【0267】

また、本発明は、前記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、前記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、効率的な前記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。

【0268】

また、本発明は、前記暖房装置４０に適用される前記冷却水加熱器４３を利用して前記バッテリモジュール２４をウォームアップするか、または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。

【0269】

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。

【0270】

また、本発明は、前記コンデンサ５３と前記熱交換器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、圧縮機の消耗動力を減らすことができる。

【0271】

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。

【0272】

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】

【0273】

１０：冷却装置
１１：冷却水ライン
１２：ラジエータ
１３：クーリングファン
１４、２２：第１、および第２ウォータポンプ
１５：電装品
１６：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
３１：分岐ライン
３５：連結ライン
４０：暖房装置
４１：暖房ライン
４３：冷却水加熱器
４５：空気加熱器
５０：エアコン装置
５１：冷媒ライン
５２：ＨＶＡＣモジュール
５３：コンデンサ
５４：熱交換器
５５：第１膨張バルブ
５６：蒸発器
５９：圧縮機
６１：冷媒連結ライン
６３、６５：第２、および第３膨張バルブ
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３：第１、第２、および第３バルブ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】