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KR102694356B1 - 차량용 히트펌프 시스템 - Google Patents

차량용 히트펌프 시스템 Download PDF

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KR102694356B1
KR102694356B1 KR1020170022958A KR20170022958A KR102694356B1 KR 102694356 B1 KR102694356 B1 KR 102694356B1 KR 1020170022958 A KR1020170022958 A KR 1020170022958A KR 20170022958 A KR20170022958 A KR 20170022958A KR 102694356 B1 KR102694356 B1 KR 102694356B1
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KR
South Korea
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coolant
line
heat pump
water
refrigerant
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KR1020170022958A
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이승호
이재민
윤서준
Original Assignee
한온시스템 주식회사
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Publication date
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Priority to US16/328,819 priority patent/US10926606B2/en
Priority to PCT/KR2018/002038 priority patent/WO2018155871A1/ko
Priority to CN201880004501.3A priority patent/CN109982877B/zh
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Abstract

수냉식 컨덴서를 사용하는 히트펌프 시스템에 있어서 발열부와 흡열부를 분리하여 엔진 폐열을 열원으로만 독립적으로 사용이 가능하고, 고온 냉각수 루프를 별도로 분리하여 루프의 길이를 축소시킨 차량용 히트펌프 시스템이 개시된다. 차량용 히트펌프 시스템은 차량 구동품과 칠러를 연결하여 냉각수를 순환하는 제1 냉각수라인; 공조케이스 내부에 구비되어 차실내 난방에 사용되는 히터코어와 수냉식 컨덴서를 연결하여 냉각수가 순환하는 제2 냉각수라인; 및 상기 제1 냉각수라인과 제2 냉각수라인 사이에 구비되는 밸브를 포함하고, 상기 밸브가 제1 방식으로 배열되는 경우 제1 냉각수라인과 제2 냉각수라인은 별개로 작동하며, 상기 밸브가 제2 방식으로 배열되는 경우 제1 냉각수라인과 제2 냉각수라인이 직렬로 연결된다.

Description

차량용 히트펌프 시스템{HEAT PUMP SYSTEM FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 히트펌프 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하나의 냉매사이클을 이용하여 냉매의 유동방향을 전환함으로써 냉방과 난방을 선택적으로 수행할 수 있는 차량용 히트펌프 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 차량용 공조장치는 차량의 실내를 냉방하기 위한 냉방시스템과, 차량의 실내를 난방하기 위한 난방시스템을 포함하여 이루어진다. 냉방시스템은 냉매사이클의 증발기 측에서 증발기의 외부를 거치는 공기를 증발기의 내부에서 유동되는 냉매와 열교환시켜 냉기로 바꾸어 차량 실내를 냉방한다. 아울러, 난방시스템은 냉각수 사이클의 히터코어 측에서 히터코어 외부를 거치는 공기를 히터코어의 내부에서 유동되는 냉각수와 열교환시켜 온기로 바꾸어 차량 실내를 난방하도록 구성된다.
한편, 전술한 차량용 공조장치와는 다른 것으로, 하나의 냉매사이클을 이용하여 냉매의 유동방향을 전환함으로써, 냉방과 난방을 선택적으로 수행할 수 있는 히트펌프 시스템이 적용되고 있다. 이러한 히트펌프 시스템은 공조케이스 내부에 설치되어 차량 실내로 송풍되는 공기와 열교환하기 위한 실내 열교환기와, 공조케이스 외부에서 열교환하기 위한 실외 열교환기 및 냉매의 유동방향을 전환할 수 있는 방향조절밸브 등을 구비한다. 따라서, 방향조절밸브에 의한 냉매의 유동방향에 따라 냉방 모드가 가동될 경우에 실내 열교환기가 냉방용 열교환기의 기능을 수행하며, 난방 모드가 가동될 경우에는 실내 열교환기가 난방용 열교환기의 기능을 수행하게 된다.
한편, 엔진(내연기관)과 전기모터로 구동되는 하이브리드 차량에서는 실내 난방을 위해 엔진 폐열(냉각수)을 이용하여 난방열원으로 사용하고 있다. 즉, 엔진으로 구동시에는 엔진 폐열이 충분하여 난방시 기존 차량과 동일하게 공조장치를 사용할 수 있으나, 전기모터로 구동되는 조건에서는 엔진이 오프된 상태이더라도 엔진 냉각수에 남아있는 잔열을 이용하여 난방 열원으로 사용하게 된다. 전기모터로 구동되는 조건의 경우, 외기온도가 낮은 조건(약 0℃ 이하)에서는 엔진 냉각수의 잔열이 부족하여 엔진 냉각수가 일정온도 이하가 되면 전기모터로 구동할 수 있음에도 불구하고 난방 열원을 확보하기 위해 엔진이 강제로 작동하도록 되어 있어 하이브리드 차량의 연비가 저하된다.
선 출원된 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0126846호(2014.11.03)에는 에어컨 모드 및 히트펌프 모드시 공조케이스 내의 증발기를 공용으로 사용하여 냉방 및 난방에 이용한 차량용 히트펌프 시스템이 개시된바 있다. 도 1은 종래의 차량용 히트펌프 시스템의 에어컨 모드를 도시한 것이고, 도 2는 종래의 차량용 히트펌프 시스템의 히트펌프 모드를 도시한 것이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 차량용 히트펌프 시스템은 하이브리드 차량에 적용되는 것이 바람직한 것으로서, 압축기(100)와, 증발기(110)와, 실외 열교환기(130)와, 팽창수단(120)과, 칠러(140)와, 제1 냉매순환라인(R1)과, 제2 냉매순환라인(R2)을 구비한다.
제1 냉매순환라인(R1)은 에어컨 모드시 압축기(100)에서 배출된 냉매가 실외 열교환기(130), 팽창수단(120), 증발기(110), 압축기(100)를 순환하도록 냉매 라인을 구성한다. 제2 냉매순환라인(R2)은 히트펌프 모드시 압축기(100)에서 배출된 냉매가 증발기(110), 팽창수단(120), 칠러(140), 압축기(100)를 순환하도록 냉매 라인을 구성한다.
제1 냉매순환라인(R1)과 제2 냉매순환라인(R2)은 일부 구간을 서로 공용으로 사용하도록 구성된다. 즉, 제1 냉매순환라인(R1)과 제2 냉매순환라인(R2)의 일부 구간이 일체로 형성되어 공용으로 사용되며, 제1,2 냉매순환라인(R1,R2)의 공용 구간(a,b)은 압축기(100)가 연결된 구간(a)과, 증발기(110) 및 팽창수단(120)이 연결된 구간(b)이다. 실외 열교환기(130)는 제1 냉매순환라인(R1)에 구비되고, 칠러(140)는 제2 냉매순환라인(R2)에 구비된다.
압축기(100)는 냉매를 흡입하여 압축한 후 고온 고압의 기체 상태로 배출한다. 증발기(110)는 공조케이스(150)의 내부에 설치되어 공조케이스(150) 내를 유동하는 공기와 냉매를 열교환 시킨다. 증발기(110)는 에어컨 모드시 본래의 증발기(110) 역할을 하여 냉방역할을 수행하고, 히트펌프 모드시 응축기 역할을 하여 난방 역할을 수행한다.
실외 열교환기(130)는 공조케이스(150)의 외부에 설치되어 외기와 냉매를 열교환 시킨다. 팽창수단(120)은 증발기(110)와 실외 열교환기(130)의 사이에 배치되어 냉매를 팽창시킨다. 공조케이스(150)의 내부에는 차량 엔진(161)과 냉각수순환라인(W)을 통해 연결되는 히터코어(160)가 구비된다. 냉각수순환라인(W)에는 엔진(161)의 냉각수를 히터코어(160) 측으로 순환시키는 워터펌프(162)가 구비된다.
증발기(110)와 히터코어(160)의 사이에는 히터코어(160)를 바이패스하는 공기의 양과 통과하는 공기의 양을 조절하는 온도조절도어(151)가 구비된다. 칠러(140)의 입구측 제2 냉매순환라인(R2)에는 에어컨 모드시 폐쇄되고 히트펌프 모드시 개방되는 온오프 밸브(183)가 구비된다. 압축기(100)의 입구측에는 압축기(100)로 유입되는 냉매 중에서 액상 냉매와 기상 냉매를 분리하여 기상 냉매만 공급하는 어큐뮬레이터(170)가 구비된다.
압축기(100)의 출구측에서 제1,2 냉매순환라인(R1,R2)이 분기되는 지점에는 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 압축기(100)에서 배출된 냉매가 제1 냉매순환라인(R1) 또는 제2 냉매순환라인(R2) 측으로 흐르도록 냉매 흐름 방향을 전환하는 제1 방향전환밸브(181)가 구비된다.
아울러, 압축기(100)가 연결된 구간(a)과 증발기(110) 및 팽창수단(120)이 연결된 구간(b) 사이를 연결하는 위치의 증발기(110) 일측에서 제1,2 냉매순환라인(R1,R2)이 분지되는 지점에는, 에어컨 모드시 증발기(110)에서 배출된 냉매가 제1 냉매순환라인(R1)을 따라 압축기(100) 측으로 흐르도록 냉매 흐름방향을 전환하고 히트펌프 모드시에는 압축기(100)에서 배출되어 제2 냉매순환라인(R2)을 유동하는 냉매가 증발기(110) 측으로 흐르도록 냉매 흐름 방향을 전환하는 양방향 삼방밸브 구조의 제2 방향전환밸브(182)가 구비된다.
도 1을 참조하면, 엔진 오프(OFF) 상태에서 에어컨 모드시, 제1 방향전환밸브(181)와 제2 방향전환밸브(182) 및 온오프 밸브(183)의 제어에 의해 제1 냉매순환라인(R1)을 따라 냉매가 순환된다. 엔진(161) 오프(OFF) 상태에서는 워터펌프(162)가 정지되어 히터코어(160) 및 칠러(140) 측으로 냉각수가 순환하지 않는다. 최대 냉방시 공조케이스(150) 내의 온도조절도어(151)는 히터코어(160)를 통과하는 통로를 폐쇄하도록 작동하여, 블로어에 의해 공조케이스(150) 내로 송풍된 공기가 증발기(110)를 통과하면서 냉각된 후 히터코어(160)를 바이패스 하여 차실내로 공급됨으로써 차실내가 냉방된다.
압축기(100)에서 압축된 후 배출되는 고온 고압의 기상 냉매는 제1 방향전환밸브(181)를 거쳐 실외 열교환기(130)로 공급된다. 실외 열교환기(130)로 공급된 냉매는 외기와 열교환하여 응축되며 기상 냉매가 액상 냉매로 바뀌게 된다. 계속해서, 실외 열교환기(130)를 통과한 냉매는 팽창수단(120)을 통과하는 과정에서 감압 팽창되어 저온 저압의 액상냉매가 된 후 증발기(110)로 유입된다. 증발기(110)로 유입된 냉매는 블로어를 통해 공조케이스(150) 내부로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발함과 동시에 냉매의 증발 잠열에 의한 흡열 작용으로 공기를 냉각하게 되며, 이처럼 냉각된 공기가 차량 실내로 공급되어 냉방이 이루어진다. 이후, 증발기(110)에서 배출된 냉매는 제2방향전환밸브(182)를 거쳐 압축기(100)로 유입되면서 전술한 바와 같은 사이클을 반복한다.
도 2를 참조하면, 엔진 오프(OFF) 상태에서 히트펌프 모드시, 제1 방향전환밸브(181)와 제2 방향전환밸브(182) 및 온오프 밸브(183)의 제어에 의해 제2 냉매순환라인(R2)을 따라 냉매가 순환된다. 엔진(161) 오프(OFF) 상태에서는 히터코어(160) 및 칠러(140) 측으로 냉각수가 순환하지 않으나, 워터펌프(162)를 가동할 경우 냉각수를 순환시킬 수도 있다. 아울러, 엔진(161) 오프(OFF) 상태에서는 엔진(161) 냉각수에 남아 있는 잔열을 이용하여 난방 열원으로 사용하게 된다. 최대 난방시 공조케이스(150) 내의 온도조절도어(151)는 히터코어(160)를 바이패스하는 통로를 폐쇄하도록 작동하여, 블로어에 의해 공조케이스(150) 내로 송풍된 공기가 증발기(110)(난방 역할)를 통과하면서 온풍으로 바뀌어 차실내로 공급됨으로써 차실내가 난방된다.
압축기(100)에서 압축된 후 배출되는 고온 고압의 기상 냉매는 제1 방향전환밸브(181) 및 제2 방향전환밸브(182)를 거쳐 증발기(110)로 공급된다. 증발기(110)로 공급된 고온 고압의 기상 냉매는 공조케이스(150) 내를 유동하는 공기와 열교환하여 응축됨과 동시에 공기를 가열하게 되며, 이처럼 가열된 공기가 차량 실내로 공급되어 난방이 이루어진다. 계속해서, 증발기(110)를 통과한 냉매는 팽창수단(120)을 통과하는 과정에서 감압 팽창되어 저온 저압의 액상냉매가 된 후, 칠러(140)로 유입된다. 칠러(140)로 유입된 냉매는 엔진(161) 냉각수(엔진 폐열)와 열교환하면서 증발하게 된다. 이후, 증발기(110)에서 배출된 냉매는 압축기(100)로 유입되면서 전술한 바와 같은 사이클을 반복한다.
종래의 차량용 히트펌프 시스템은 엔진 냉각수 열원을 회수하여 실내 난방효과를 가지며, 증발기에서 냉매열을 방열하여 난방열로 사용한다. 아울러, 칠러를 통해 엔진의 폐열을 회수하여 냉매 기화 에너지로 사용한다. 한편, 발열부인 히터코어 및 흡열부인 칠러가 하나의 루프(Loop)에 구성된다.
하지만, 종래의 차량용 히트펌프 시스템은 히트펌프를 작동시키는 경우 냉각수의 온도가 급격히 변하며, 냉각수 온도에 따라 증발기를 지난 따뜻한 공기가 히터코어를 흐르는 냉각수를 가열해주는 조건이 발생한다. 아울러, 종래의 차량용 히트펌프 시스템은 별도의 고압용 증발기가 요구되므로 생산에 별도 관리가 요구되고 생산 비용이 증가하는 문제점이 있다.
한편, 종래의 차량용 히트펌프 시스템은 고온 냉각수 라인의 루프가 길어 냉각수 호스에서 열손실이 발생함에 따라 외부로 손실되는 에너지가 많아지고, 압력 수두가 증가하여 충분한 유량 확보가 어려우며 이로 인해 난방 성능이 저하될 가능성이 있었다.
대한민국 공개특허공보 제10-2014-0126846호(2014.11.03)
이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 수냉식 컨덴서를 사용하는 히트펌프 시스템에 있어서 발열부와 흡열부를 분리하여 엔진 폐열을 열원으로만 독립적으로 사용이 가능하고, 고온 냉각수 루프를 별도로 분리하여 루프의 길이를 축소시킨 차량용 히트펌프 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 냉매를 압축하여 배출하는 압축기; 공조케이스의 내부에 구비되어 공기와 냉매를 열교환시키는 증발기; 공조케이스의 외부에 설치되어 외기와 냉매를 열교환시키는 실외 열교환기; 공조케이스의 내부에 구비되어 공기와 냉각수를 열교환시키는 히터코어; 상기 증발기와 실외 열교환기의 사이에 구비되어 냉매를 팽창시키는 제1 팽창수단; 차량의 폐열과 냉매를 열교환시키는 칠러; 차량의 엔진과 칠러를 연결하여 냉각수를 순한하는 통로인 제1 냉각수라인; 상기 제1 냉각수라인에 연결되어 제1 냉각수라인을 선택적으로 통과하거나 바이패스하며, 상기 히터코어를 순환하는 제2 냉각수라인; 냉각수의 유동 방향으로 히터코어의 상류측 제2 냉각수라인에 구비되고, 압축기에서 배출된 냉매와 제2 냉각수라인을 흐르는 냉각수를 열교환시키는 수냉식 컨덴서; 냉방 모드 시, 상기 압축기에서 배출된 냉매가 실외 열교환기, 제1 팽창수단, 증발기, 압축기를 순환하도록 냉매라인을 연결 구성하는 제1 냉매순환라인; 및 난방 히트펌프 모드 시, 상기 압축기에서 배출된 냉매가 수냉식 컨덴서, 칠러, 압축기를 순환하도록 냉매라인을 연결 구성하는 제2 냉매순환라인을 포함한다.
상기에서, 제1 냉각수라인과 제2 냉각수라인을 연결시키는 4방향 밸브를 구비하며, 상기 4방향 밸브의 작동에 따라 히터코어를 통과한 냉각수가 칠러 및 엔진을 통과하거나 바이패스한다.
상기에서, 제2 냉매순환라인에는 수냉식 컨덴서와 칠러의 사이에 제2 팽창수단이 구비된다.
상기에서, 난방 냉각수 모드 시, 상기 압축기는 구동 정지되고, 상기 제2 냉각수라인은 제1 냉각수라인에 연결되어 냉각수가 수냉식 컨덴서, 히터코어, 칠러, 엔진, 수냉식 컨덴서를 순환한다.
상기에서, 난방 히트펌프 모드 시, 상기 압축기에서 배출된 냉매가 수냉식 컨덴서, 칠러, 압축기를 순환하고, 상기 제2 냉각수라인은 제1 냉각수라인을 바이패스하여 냉각수가 수냉식 컨덴서, 히터코어, 수냉식 컨덴서를 순환하며, 제1 냉각수라인의 냉각수는 엔진, 칠러, 엔진을 제2 냉각수라인에 대해 독립적으로 순환한다.
상기에서, 냉각수의 온도를 감지하는 냉각수온도 감지수단을 구비하고, 냉각수의 온도가 기준 온도보다 낮은 경우 상기 난방 히트펌프 모드를 수행하며, 냉각수의 온도가 기준 온도보다 높은 경우 상기 난방 냉각수 모드를 수행한다.
상기에서, 제2 냉각수라인에는 냉각수를 가열시키는 가열수단이 구비된다.
상기에서, 제1 냉각수라인에는 냉각수를 순환시키는 제1 워터펌프가 구비되고, 상기 제2 냉각수라인에는 냉각수를 순환시키는 제2 워터펌프가 구비된다.
상기에서, 압축기의 출구 측에서 제1,2 냉매순환라인이 분지되는 지점에, 냉방 모드 또는 난방 모드에 따라 압축기에서 배출된 냉매가 제1 냉매순환라인 또는 제2 냉매순환라인 측으로 흐르도록 냉매 흐름 방향을 전환하는 제1 방향전환밸브가 구비된다.
상기에서, 수냉식 컨덴서의 상류측 제2 냉각수라인에서 분지되어 히터코어의 하류측 제2 냉각수라인에 연결되는 제3 냉각수라인이 구비된다.
상기에서, 수냉식 컨덴서의 상류측에서 제2 냉각수라인과 제3 냉각수라인의 연결지점에 구비되는 제2 방향전환밸브 및 히터코어의 하류측에서 제2 냉각수라인과 제3 냉각수라인의 연결지점에 구비되는 제3 방향전환밸브를 포함한다.
상기에서, 냉각수의 온도가 기준 온도보다 낮은 경우, 히터코어를 통과한 냉각수는 제3 방향전환밸브에 의해 제3 냉각수라인을 지나 제2 방향전환밸브에 의해 수냉식 컨덴서, 히터코어를 순환한다.
상기에서, 냉각수의 온도가 기준 온도보다 높은 경우, 엔진을 통과한 냉각수는 제2 방향전환밸브에 의해 제3 냉각수라인을 바이패스하여 수냉식 컨덴서, 히터코어를 지난 후 제3 방향전환밸브에 의해 칠러, 엔진을 순환한다.
본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 내연기관과 공용으로 사용이 가능하고, 발열부인 히터코어와 흡열부인 칠러를 서로 다른 냉각수라인으로 분리하여 구성함으로써 엔진 폐열을 열원으로만 독립적으로 사용이 가능하며, 냉각수를 안정적으로 제어 가능하다.
아울러, 외부로 손실되는 에너지를 저감시키고 동일 파워에서 흘릴 수 있는 냉각수 유량을 증대시킬 수 있어 난방 성능이 증대된다.
도 1은 종래의 차량용 히트펌프 시스템의 에어컨 모드를 도시한 것이고,
도 2는 종래의 차량용 히트펌프 시스템의 히트펌프 모드를 도시한 것이며,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템을 도시한 것이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 냉방 모드를 도시한 것이며,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 난방 히트펌프 모드를 도시한 것이고,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 난방 냉각수 모드를 도시한 것이며,
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템을 도시한 것이고,
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 난방 히트펌프 모드를 도시한 것이며,
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 난방 냉각수 모드를 도시한 것이다.
이하 첨부된 도면에 따라서 차량용 히트펌프 시스템의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템을 도시한 것이다.
차량용 히트펌프 시스템은 차량 구동품과 칠러(740)를 연결하여 냉각수를 순환하는 제1 냉각수라인(704)과, 공조케이스(750) 내부에 구비되어 차실내 난방에 사용되는 히터코어(760)와 수냉식 컨덴서(800)를 연결하여 냉각수가 순환하는 제2 냉각수라인 및 제1 냉각수라인(704)과 제2 냉각수라인 사이에 구비되는 밸브를 포함한다.
상기 밸브는 제1 방식으로 배열되는 경우 제1 냉각수라인(704)과 제2 냉각수라인은 별개로 작동하며, 밸브가 제2 방식으로 배열되는 경우 제1 냉각수라인(704)과 제2 냉각수라인이 직렬로 연결된다. 아울러, 압축기(700), 실외 열교환기(730), 제1 팽창수단(720) 및 증발기(710)의 차실내 공조를 위한 냉매 라인이 구성되고, 제1 냉각수라인(704)의 칠러(740)와 제2 냉각수라인의 수냉식 컨덴서(800)는 냉매 라인과 열교환 한다. 이 경우, 칠러(740)는 압축기(700) 유입 전 냉매와 열교환 하며, 수냉식 컨덴서(800)는 압축기(700) 토출 냉매와 열교환한다.
더욱 상세하게는, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 하이브리드 차량에 적용되는 것으로서, 압축기(700)와, 증발기(710)와, 실외 열교환기(730)와, 히터코어(760)와, 제1 팽창수단(720)과, 칠러(740)와, 제1 냉각수라인(704)과, 제2 냉각수라인과, 수냉식 컨덴서(800)와, 제1 냉매순환라인(701) 및 제2 냉매순환라인(702)을 포함하여 이루어진다.
압축기(700)는 냉매를 흡입하여 압축한 후 고온 고압의 기체 상태로 배출한다. 증발기(710)는 공조케이스(750)의 내부에 구비되어 공조케이스(750) 내를 유동하는 공기와 냉매를 열교환 시킨다. 실외 열교환기(730)는 공조케이스(750)의 외부에 구비되어, 외기와 냉매를 열교환 시킨다. 히터코어(760)는 공조케이스(750)의 내부에 구비되어 공조케이스(750) 내를 유동하는 공기와 냉각수를 열교환 시킨다. 제1 팽창수단(720)은 증발기(710)와 실외 열교환기(730)의 사이에 배치되어 냉매를 팽창시킨다.
공조케이스(750)의 내부에는 증발기(710)와 히터코어(760)의 사이에, 히터코어(760)를 바이패스하는 공기의 양과 통과하는 공기의 양을 조절하는 온도조절도어(751)가 구비된다. 칠러(740)는 차량의 폐열과 냉매를 열교환 시킨다. 압축기(700)의 입구측에는 압축기(700)로 유입되는 냉매 중에서 액상 냉매와 기상 냉매를 분리하여 기상 냉매만 공급하는 어큐뮬레이터(770)가 구비된다.
제1 냉각수라인(704)은 차량의 엔진(761)과 칠러(740)를 연결하여 냉각수를 순환시키는 통로이다.
제2 냉각수라인(703,705)은 설명의 편의를 위해 도면부호를 703과 705로 구분하여 도시하였으나, 실질적으로 703과 705는 하나의 라인으로서, 후술할 4방향 밸브(706)의 상류측 라인을 703으로, 하류측 라인을 705로 구분한 것뿐이다. 제2 냉각수라인(703,705)은 제1 냉각수라인(704)에 연결되어 제1 냉각수라인(704)을 선택적으로 통과하거나 바이패스하며, 히터코어(760)를 순환한다.
수냉식 컨덴서(800)는 냉각수의 유동 방향으로 히터코어(760)의 상류측 제2 냉각수라인에 구비된다. 수냉식 컨덴서(800)는 압축기(700)에서 배출된 냉매와 제2 냉각수라인을 흐르는 냉각수를 열교환 시킨다.
제1 냉매순환라인(701)은 냉방 모드 시, 압축기(700)에서 배출된 냉매가 실외 열교환기(730), 제1 팽창수단(720), 증발기(710), 압축기(700)를 순환하도록 냉매라인을 연결 구성한다. 제2 냉매순환라인(702)은 난방 히트펌프 모드 시, 압축기(700)에서 배출된 냉매가 수냉식 컨덴서(800), 칠러(740), 압축기(700)를 순환하도록 냉매라인을 연결 구성한다.
압축기(700)의 출구 측에서 제1,2 냉매순환라인(701,702)이 분지되는 지점에는 제1 방향전환밸브(781)가 구비된다. 제1 방향전환밸브(781)는 냉방 모드 또는 난방 모드에 따라 압축기(700)에서 배출된 냉매가 제1 냉매순환라인(701) 또는 제2 냉매순환라인(702) 측으로 흐르도록 냉매 흐름 방향을 전환한다. 제1 방향전환밸브(781)는 삼방향 밸브로 구성되는 것이 바람직하다.
제1 냉각수라인(704)과 제2 냉각수라인(703,705)의 연결 지점에는 4방향 밸브(706)가 구비된다. 4방향 밸브(706)는 제1 냉각수라인(704)과 제2 냉각수라인(703,705)의 연결시키는 것으로서, 4방향 밸브(706)의 작동에 따라 히터코어(760)를 통과한 냉각수가 칠러(740) 및 엔진(761)을 통과하거나 칠러(740) 및 엔진(761)을 바이패스(Bypass) 한다. 엔진(761)에는 별도의 냉각라인(736)을 통해 제2 실외 열교환기(735)가 연결되는 것이 바람직하다.
또한, 제2 냉매순환라인(702)에는 수냉식 컨덴서(800)와 칠러(740)의 사이에 제2 팽창수단(721)이 구비된다. 이 경우, 상기 제1 팽창수단(720)은 기계식 또는 전자식으로 구동되는 팽창밸브(Expansion valve)로 이루어지고, 상기 제2 팽창수단(721)은 단방향 오리피스(Orifice)로 이루어지는 것이 바람직하다.
아울러, 제2 냉각수라인(703,705)에는 냉각수를 가열시키는 가열수단(810)이 구비된다. 가열수단(810)은 PTC히터로 구성될 수 있으며, 수냉식 컨덴서(800)와 히터코어(760)의 사이에 구비되는 것이 바람직하다. 그리고, 제1 냉각수라인(704)에는 냉각수를 순환시키는 제1 워터펌프(707)가 구비되고, 제2 냉각수라인에는 냉각수를 순환시키는 제2 워터펌프(708)가 구비된다.
난방 냉각수 모드 시, 압축기(700)는 구동 정지되고, 제2 냉각수라인은 제1 냉각수라인(704)에 연결되어 냉각수가 수냉식 컨덴서(800), 히터코어(760), 칠러(740), 엔진(761), 수냉식 컨덴서(800)를 순환한다.
난방 히트펌프 모드 시, 압축기(700)에서 배출된 냉매는 수냉식 컨덴서(800), 칠러(740), 압축기(700)를 순환하고, 제2 냉각수라인은 제1 냉각수라인(704)을 바이패스하여 냉각수가 수냉식 컨덴서(800), 히터코어(760), 수냉식 컨덴서(800)를 순환한다. 제1 냉각수라인(704)의 냉각수는 엔진(761), 칠러(740), 엔진(761)을 제2 냉각수라인에 대해 독립적으로 순환한다.
한편, 차량용 히트펌프 시스템은 냉각수의 온도를 감지하는 냉각수온도 감지수단을 구비한다. 차량용 히트펌프 시스템의 제어부는 감지된 냉각수의 온도가 기준 온도보다 낮은 경우 난방 히트펌프 모드를 수행하며, 감지된 냉각수의 온도가 기준 온도보다 높은 경우 난방 냉각수 모드를 수행한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 냉방 모드를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 냉방 모드 시, 제1 방향전환밸브(781)의 제어에 의해 제1 냉매순환라인(701)을 따라 냉매가 순환된다. 최대 냉방시 공조케이스(750) 내의 온도조절도어(751)는 히터코어(760)를 통과하는 통로를 폐쇄하도록 작동하여, 블로어에 의해 공조케이스(750) 내로 송풍된 공기가 증발기(710)를 통과하면서 냉각된 후 히터코어(760)를 바이패스 하여 차실내로 공급됨으로써 차실내가 냉방된다.
압축기(700)에서 압축된 후 배출되는 고온 고압의 기상 냉매는 제1 방향전환밸브(781)를 거쳐 실외 열교환기(730)로 공급된다. 실외 열교환기(730)로 공급된 냉매는 외기와 열교환하여 응축되며 기상 냉매가 액상 냉매로 바뀌게 된다. 계속해서, 실외 열교환기(730)를 통과한 냉매는 제1 팽창수단(720)을 통과하는 과정에서 감압 팽창되어 저온 저압의 액상냉매가 된 후 증발기(710)로 유입된다.
증발기(710)로 유입된 냉매는 블로어를 통해 공조케이스(750) 내부로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발함과 동시에 냉매의 증발 잠열에 의한 흡열 작용으로 공기를 냉각하게 되며, 이처럼 냉각된 공기가 차량 실내로 공급되어 냉방이 이루어진다. 이후, 증발기(710)에서 배출된 냉매는 어큐뮬레이터(770)를 거쳐 압축기(700)로 유입되면서 전술한 바와 같은 사이클을 반복한다.
이 경우, 엔진(761)을 통과한 냉각수는 수냉식 컨덴서(800), 가열수단(810), 히터코어(760)를 지나고 4방향 밸브(706)에 의해 칠러(740)를 지나 엔진(761)을 순환한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 난방 히트펌프 모드를 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 냉각수 온도가 비교적 낮아 난방 히트펌프 모드를 수행하는 경우, 제1 방향전환밸브(781)의 제어에 의해 제2 냉매순환라인(702)을 따라 냉매가 순환된다. 최대 난방시 공조케이스(750) 내의 온도조절도어(751)는 히터코어(760)를 바이패스하는 통로를 폐쇄하도록 작동하여, 블로어에 의해 공조케이스(750) 내로 송풍된 공기가 히터코어(760)를 통과하면서 온풍으로 바뀌어 차실내로 공급됨으로써 차실내가 난방된다.
압축기(700)에서 압축된 후 배출되는 고온 고압의 기상 냉매는 제1 방향전환밸브(781)를 거쳐 수냉식 컨덴서(800)를 통과하면서 수냉식 컨덴서(800)를 지나는 냉각수를 가열한다. 수냉식 컨덴서(800)에서 응축된 냉매는 제2 팽창수단(721)을 지난 팽창한 후 칠러(740)를 지나 엔진 폐열을 회수한 후 압축기(700)로 다시 순환된다.
이 경우, 수냉식 컨덴서(800)에서 가열된 냉각수는 히터코어(760)를 지나 공기와 열교환함으로써 실내 난방을 수행하게 된다. 즉, 수냉식 컨덴서(800)를 지난 냉각수는 제2 냉각수라인(703,705)을 따라 히터코어(760)를 지나 4방향 밸브(706)에 의해 칠러(740) 및 엔진(761)을 바이패스하여 다시 수냉식 컨덴서(800)로 순환된다. 한편, 제1 냉각수라인(704)을 유동하는 냉가수는 엔진(761), 칠러(740), 엔진(761)을 순환한다. 상기에서, 제2 냉각수라인의 히터코어(760)는 발열부로 작용하며, 제1 냉각수라인의 칠러(740)는 흡열부로 작용한다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 난방 냉각수 모드를 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 냉각수 온도가 비교적 높아 난방 냉각수 모드를 수행하는 경우, 압축기(700)의 구동은 정지된다. 이 경우, 엔진(761)을 통과한 냉각수는 수냉식 컨덴서(800), 가열수단(810), 히터코어(760)를 지나고 4방향 밸브(706)에 의해 칠러(740)를 지나 엔진(761)을 순환한다.
이러한 구성을 통해, 차량용 히트펌프 시스템을 하이브리드 적용 시 내연기관과 공용으로 사용이 가능하고, 발열부인 히터코어와 흡열부인 칠러를 서로 다른 냉각수라인으로 분리하여 구성함으로써 엔진 폐열을 열원으로만 독립적으로 사용이 가능하다. 아울러, 별도의 PTC히터(가열수단)을 통해 냉각수를 안정적으로 제어 가능하다.
즉, 종래의 히트펌프 시스템은 차량의 엔진 폐열을 난방열 및 히트펌프 저온부의 열원으로 동시에 사용하여 히트펌프를 작동시킴에 따라, 냉각수의 온도가 급격히 변하며 냉각수 온도에 따라 증발기를 지난 따뜻한 공기가 히터코어를 흐르는 냉각수를 가열시키는 조건이 발생하기도 한다. 아울러, 증발기를 통한 난방은 별도의 고압용 증발기가 요구되므로 생산에 별도 관리가 요구된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 히트펌프 시스템은 4방향 밸브를 이용하여 난방용 냉각수 루프(제1 냉각수라인)와 히트펌프 열원용 냉각수 루프(제2 냉각수라인)를 분리하여 효과적으로 엔진의 폐열을 이용할 수 있다. 수냉식 컨덴서와 PTC히터(가열수단)을 통해 안정적인 냉각수의 온도 제어가 가능하며, 기존 내연기관의 증발기 및 히터코어를 공용으로 사용하여 별도의 관리없이 공조장치의 공용화가 가능해진다.
한편, 도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템을 도시한 것이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 난 방 히트펌프 모드를 도시한 것이며, 도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 난방 냉각수 모드를 도시한 것이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 전술한 실시 예와 비교하여 제3 냉각수라인(850)과, 제2 방향전환밸브(820) 및 제3 방향전환밸브(830)를 더 구비한다. 본 실시 예에서 전술한 실시 예와 중복되는 구성은 설명을 생략한다.
제3 냉각수라인(850)은 수냉식 컨덴서(800)의 상류측 제2 냉각수라인에서 분지되어 히터코어(760)의 하류측 제2 냉각수라인에 연결된다. 제2 방향전환밸브(820)는 수냉식 컨덴서(800)의 상류측에서 제2 냉각수라인과 제3 냉각수라인(850)의 연결지점에 구비된다. 제3 방향전환밸브(830)는 히터코어(760)의 하류측에서 제2 냉각수라인과 제3 냉각수라인(850)의 연결지점에 구비된다. 제2 방향전환밸브(820) 및 제3 방향전환밸브(830)는 삼방향 밸브로 구성되는 것이 바람직하다. 제1 냉각수라인(704)에는 냉각수를 순환시키는 제1 워터펌프(707)가 구비되며, 제3 냉각수라인(850)에는 냉각수를 순환시키는 제2 워터펌프(840)가 구비된다.
냉각수의 온도가 기준 온도보다 낮은 경우 난방 히트펌프 모드를 수행한다. 도 8에 도시된 것처럼, 난방 히트펌프 모드 시, 냉매의 유동과 제1 냉각수라인의 냉각수 유동은 전술한 실시 예와 동일하다. 제2 냉각수라인의 유동을 살펴보면, 히터코어(760)를 통과한 냉각수는 제3 방향전환밸브(830)에 의해 제3 냉각수라인(850)을 지나 제2 방향전환밸브(820)에 의해 수냉식 컨덴서(800), 히터코어(760)를 순환한다.
또한, 냉각수의 온도가 기준 온도보다 높은 경우 난방 냉각수 모드를 수행한다. 도 9에 도시된 것처럼, 난방 냉각수 모드 시, 냉매 및 냉각수의 유동은 전술한 실시 예와 동일하다. 즉, 엔진(761)을 통과한 냉각수는 제2 방향전환밸브(820)에 의해 제3 냉각수라인(850)을 바이패스하여 수냉식 컨덴서(800), 히터코어(760)를 지난 후 제3 방향전환밸브(830)에 의해 칠러(740), 엔진(761)을 순환한다.
이와 같이, 제3 냉각수라인과 2개의 삼방향 밸브(제2 방향전환밸브 및 제3 방향전환밸브)를 추가 구성함에 따라 냉각수 루프(Loop)를 2개로 구비하여 수냉식 컨덴서(800) 및 가열수단(810)만을 지나는 별도의 루프를 구성한다. 아울러, 칠러와 엔진만 지나는 별도의 루프가 구성된다.
이러한 구성을 통해, 냉각수 열원을 이용하여 히트펌프 시스템으로 작동할 경우, 고온 냉각수 루프를 별도 루프로 분리하여 루프의 전체 길이를 축소시킬 수 있다. 이로 인해, 외부로 손실되는 에너지를 저감시키고 동일 파워에서 흘릴 수 있는 냉각수 유량을 증대시킬 수 있어 난방 성능이 증대된다.
정리하면, 종래의 수가열 컨덴서를 갖는 히트펌프 시스템은 엔진 폐열을 이용한 히트펌프 시스템의 작동 시 고온 냉각수 루프는 엔진열 이용시 사용하는 냉각수 루프까지 순환해야 하기 때문에 외부로 손실되는 에너지가 많고 압력 수두가 높게 형성되어 높은 유량을 구현하기 힘들었다. 본 발명의 다른 실시 예에 따른 히트펌프 시스템은 수냉식 컨덴서, PTC히터(가열수단), 히터코어만을 통과하는 고온 냉각수 루프를 별도로 구성하여 외부로 손시로디는 에너지를 최소화하며, 냉각수라인의 길이를 짧게 형성하여 압력 수두 감소를 통한 유량 증대 효과를 갖는다.
지금까지 본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
700: 압축기 710: 증발기
720: 제1 팽창수단 721: 제2 팽창수단
730: 실외열교환기 740: 칠러
750: 공조케이스 751: 온도조절도어
760: 히터코어 770: 어큐뮬레이터
781: 제1 방향전환밸브
701: 제1 냉매순환라인 702: 제2 냉매순환라인
704: 제1 냉각수라인 703,705: 제2 냉각수라인
706: 4방향 밸브 800: 수냉식 컨덴서
810: 가열수단 820: 제2 방향전환밸브
830: 제3 방향전환밸브

Claims (17)

  1. 차량 구동품과 칠러(740)를 연결하여 냉각수를 순환하는 제1 냉각수라인(704);
    공조케이스(750) 내부에 구비되어 차실내 난방에 사용되는 히터코어(760)와 수냉식 컨덴서(800)를 연결하여 냉각수가 순환하는 제2 냉각수라인; 및
    상기 제1 냉각수라인(704)과 제2 냉각수라인 사이에 구비되는 밸브를 포함하고,
    상기 밸브가 제1 방식으로 배열되는 경우 제1 냉각수라인(704)과 제2 냉각수라인은 별개로 작동하며,
    상기 밸브가 제2 방식으로 배열되는 경우 제1 냉각수라인(704)과 제2 냉각수라인이 직렬로 연결되고,
    상기 수냉식 컨덴서(800)의 상류측 제2 냉각수라인에서 분지되어 히터코어(760)의 하류측 제2 냉각수라인에 연결되는 제3 냉각수라인(850)이 구비되며,
    수냉식 컨덴서(800)의 상류측에서 제2 냉각수라인과 제3 냉각수라인(850)의 연결지점에 구비되는 제2 방향전환밸브(820) 및
    히터코어(760)의 하류측에서 제2 냉각수라인과 제3 냉각수라인(850)의 연결지점에 구비되는 제3 방향전환밸브(830)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    압축기(700), 실외 열교환기(730), 제1 팽창수단(720) 및 증발기(710)의 차실내 공조를 위한 냉매 라인이 구성되고,
    상기 제1 냉각수라인(704)의 칠러(740)와 제2 냉각수라인의 수냉식 컨덴서(800)는 냉매 라인과 열교환 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 칠러(740)는 압축기(700) 유입 전 냉매와 열교환 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 수냉식 컨덴서(800)는 압축기(700) 토출 냉매와 열교환 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 수냉식 컨덴서(800)는 냉각수의 유동 방향으로 히터코어(760)의 상류측 제2 냉각수라인에 구비되고, 압축기(700)에서 배출된 냉매와 제2 냉각수라인을 흐르는 냉각수를 열교환시키며,
    냉방 모드 시, 상기 압축기(700)에서 배출된 냉매가 실외 열교환기(730), 제1 팽창수단(720), 증발기(710), 압축기(700)를 순환하도록 냉매라인을 연결 구성하는 제1 냉매순환라인(701); 및
    난방 히트펌프 모드 시, 상기 압축기(700)에서 배출된 냉매가 수냉식 컨덴서(800), 칠러(740), 압축기(700)를 순환하도록 냉매라인을 연결 구성하는 제2 냉매순환라인(702)을 포함하는 차량용 히트펌프 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 냉각수라인(704)과 제2 냉각수라인을 연결시키는 4방향 밸브(706)를 구비하며, 상기 4방향 밸브(706)의 작동에 따라 히터코어(760)를 통과한 냉각수가 칠러(740) 및 엔진(761)을 통과하거나 바이패스하는 차량용 히트펌프 시스템.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 냉매순환라인(702)에는 수냉식 컨덴서(800)와 칠러(740)의 사이에 제2 팽창수단(721)이 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  8. 제1 항에 있어서,
    난방 냉각수 모드 시, 압축기(700)는 구동 정지되고, 상기 제2 냉각수라인은 제1 냉각수라인(704)에 연결되어 냉각수가 수냉식 컨덴서(800), 히터코어(760), 칠러(740), 엔진(761), 수냉식 컨덴서(800)를 순환하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  9. 제8 항에 있어서,
    난방 히트펌프 모드 시, 상기 압축기(700)에서 배출된 냉매가 수냉식 컨덴서(800), 칠러(740), 압축기(700)를 순환하고, 상기 제2 냉각수라인은 제1 냉각수라인(704)을 바이패스하여 냉각수가 수냉식 컨덴서(800), 히터코어(760), 수냉식 컨덴서(800)를 순환하며, 제1 냉각수라인(704)의 냉각수는 엔진(761), 칠러(740), 엔진(761)을 제2 냉각수라인에 대해 독립적으로 순환하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  10. 제9 항에 있어서,
    냉각수의 온도를 감지하는 냉각수온도 감지수단을 구비하고,
    냉각수의 온도가 기준 온도보다 낮은 경우 상기 난방 히트펌프 모드를 수행하며, 냉각수의 온도가 기준 온도보다 높은 경우 상기 난방 냉각수 모드를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 냉각수라인에는 냉각수를 가열시키는 가열수단(810)이 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 냉각수라인(704)에는 냉각수를 순환시키는 제1 워터펌프(707)가 구비되고, 상기 제2 냉각수라인에는 냉각수를 순환시키는 제2 워터펌프(708)가 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  13. 제5 항에 있어서,
    상기 압축기(700)의 출구 측에서 제1,2 냉매순환라인(701,702)이 분지되는 지점에, 냉방 모드 또는 난방 모드에 따라 압축기(700)에서 배출된 냉매가 제1 냉매순환라인(701) 또는 제2 냉매순환라인(702) 측으로 흐르도록 냉매 흐름 방향을 전환하는 제1 방향전환밸브(781)가 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제1 항에 있어서,
    냉각수의 온도가 기준 온도보다 낮은 경우, 히터코어(760)를 통과한 냉각수는 제3 방향전환밸브(830)에 의해 제3 냉각수라인(850)을 지나 제2 방향전환밸브(820)에 의해 수냉식 컨덴서(800), 히터코어(760)를 순환하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  17. 제1 항에 있어서,
    냉각수의 온도가 기준 온도보다 높은 경우, 엔진(761)을 통과한 냉각수는 제2 방향전환밸브(820)에 의해 제3 냉각수라인(850)을 바이패스하여 수냉식 컨덴서(800), 히터코어(760)를 지난 후 제3 방향전환밸브(830)에 의해 칠러(740), 엔진(761)을 순환하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050039878A1 (en) * 2003-08-19 2005-02-24 Meyer John J. Heat pump and air conditioning systemn for a vehicle
JP2013500903A (ja) * 2009-08-07 2013-01-10 ルノー・エス・アー・エス 電動自動車の熱の全体制御のためのシステム
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050039878A1 (en) * 2003-08-19 2005-02-24 Meyer John J. Heat pump and air conditioning systemn for a vehicle
JP2013500903A (ja) * 2009-08-07 2013-01-10 ルノー・エス・アー・エス 電動自動車の熱の全体制御のためのシステム
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