KR102378898B1 - 배터리 및 연료전지스택용 열교환기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 및 연료전지스택용 열교환기에 관한 것으로, 본 발명은 상면 중앙영역에 유로가 함몰형성되어 유로의 길이방향에 대하여 지그재그 타입으로 분산돌기가 돌출형성된 유로플레이트와 유로플레이트의 상부를 덮어 마감하는 마감플레이트를 포함하고 유로플레이트의 둘레부분에 일정간격을 가지고 절곡 연장되어 단부가 마감플레이트의 하면 둘레에 밴딩 고정되는 고정수단을 통해 유로플레이트와 마감플레이트의 둘레부분에 대하여 고정되면서 상호 긴밀하게 밀착고정됨으로써 유로플레이트의 유로 내에 분산돌기를 통해 냉각을 위한 유체의 흐름이 일정시간 지체되면서 유로에 대해 전체적으로 고르게 분산되어 흐르도록 안내하여 냉각을 위한 접촉시간을 최적화함과 동시에 평평한 상면에 배터리나 연료전지스택의 일면이 직접 밀착되게 하면서 발생하는 배터리나 연료전지스택에 발생하는 열의 냉각효율을 극대화시킬 수 있으며, 밴딩 고정 방식으로 고정수단을 단순화하여 간단한 제조를 통해 생산성을 향상시킬 수 있도록 하는 한편, 유로플레이트와 마감플레이트, 유입구파이프 및 유출구파이프 등을 프레스 성형 및 브레이징을 통해 제작하던 것과 달리 유로플레이트를 사출성형하면서 유로플레이트, 마감플레이트, 유입구파이프 및 유출구파이프 등을 고정수단을 통해 조립 제작함으로써 유로라인의 설계 자유도를 증대시킬 수 있고, 프레스공정 대비 사출공정에 따른 금형비를 절감할 수 있으며, 유로플레이트와 마감플레이트에 대해 이종재질의 조립으로 공수 절감시킬 수 있고, 아울러 프레스공정 대비 제작을 위한 설비에 대하여 사출과 조립 설비로 적용되면서 설비 투자에 따른 투자비 절감을 구현할 수 있는 것이다.

Description

배터리 및 연료전지스택용 열교환기{Heat exchanger for battery and fuel cell stack}
본 발명은 배터리 및 연료전지스택용 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상면 중앙영역에 유로가 함몰형성되어 유로의 길이방향에 대하여 지그재그 타입으로 분산돌기가 돌출형성된 유로플레이트와 유로플레이트의 상부를 덮어 마감하는 마감플레이트를 포함하고 유로플레이트의 둘레부분에 일정간격을 가지고 절곡 연장되어 단부가 마감플레이트의 하면 둘레에 밴딩 고정되는 고정수단을 통해 유로플레이트와 마감플레이트의 둘레부분에 대하여 고정되면서 상호 긴밀하게 밀착고정됨으로써 유로플레이트의 유로 내에 분산돌기를 통해 냉각을 위한 유체의 흐름이 일정시간 지체되면서 유로에 대해 전체적으로 고르게 분산되어 흐르도록 안내하여 냉각을 위한 접촉시간을 최적화함과 동시에 평평한 상면에 배터리나 연료전지스택의 일면이 직접 밀착되게 하면서 발생하는 배터리나 연료전지스택에 발생하는 열의 냉각효율을 극대화시킬 수 있으며, 밴딩 고정 방식으로 고정수단을 단순화하여 간단한 제조를 통해 생산성을 향상시킬 수 있도록 하는 한편, 유로플레이트와 마감플레이트, 유입구파이프 및 유출구파이프 등을 프레스 성형 및 브레이징을 통해 제작하던 것과 달리 유로플레이트를 사출성형하면서 유로플레이트, 마감플레이트, 유입구파이프 및 유출구파이프 등을 고정수단을 통해 조립 제작함으로써 유로라인의 설계 자유도를 증대시킬 수 있고, 프레스공정 대비 사출공정에 따른 금형비를 절감할 수 있으며, 유로플레이트와 마감플레이트에 대해 이종재질의 조립으로 공수 절감시킬 수 있고, 아울러 프레스공정 대비 제작을 위한 설비에 대하여 사출과 조립 설비로 적용되면서 설비 투자에 따른 투자비 절감을 구현할 수 있도록 한 배터리 및 연료전지스택용 열교환기에 관한 것이다.
최근 환경문제와 고유가 등으로 인해 전기를 적용한 환경차량에 대한 관심이 높아지고 있으며, 이러한 환경차량은 예를 들어 수소연료전지차(Hydrogen Fuel Cell Vehicle) 및 하이브리드 전기차(Hybrid Electronic Vehicles)로 개발되어 상용화되고 있다.
상기와 같은 수소연료전지차 및 하이브리드 전기차(이하, 전기차량이라 통칭함)는 통상 다수의 리튬-이온 셀로 제조되어 재충전 가능한 고전압의 배터리 또는 연료전지가 적용되고 있다.
이하에서는 배터리를 예로 하여 설명하기로 한다.
고전압 배터리는 전기차량을 구성하는 핵심 부품 중 하나로서, 충전, 방전시에 고온의 열이 발생하는데, 이는 배터리의 성능 및 효율에 상당한 영향을 미치는 주요 요인으로써 필수적으로 관리할 필요성이 있다.
이에, 대부분의 전기차량에서는 배터리팩에 냉각시스템이 마련되어 상기 냉각시스템을 통해 강제공랭식으로 배터리의 열을 관리하고 있다.
즉, 차량 내부의 공기를 블로워 모터를 통해 덕트로 유입하여 배터리팩 내부에 통과시키므로, 배터리팩의 열을 냉각시키는 구조이다.
그러나 이처럼 블로워 모터를 이용한 냉각시스템은 고전압 배터리 전장품 중에서 배터리 다음으로 큰 부피를 차지하는 것은 물론, 용량 증대에 구조적인 제한이 있어 풍량을 증대하는 데에 한계가 있는 문제가 있다.
또한, 차량 실내 공기를 통해 냉각이 이루어짐으로써 냉각 공기의 온도를 최적의 온도로 조절하여 공급할 수 없는 한계가 있으며, 아울러 차량 내부로부터 먼지 또는 물 등이 덕트 내부로 유입되면 배터리팩의 고장 원인으로 작용할 수 있는 치명적인 문제도 있다.
한편, 차량의 주행 중에는 배터리의 방전으로 인한 열 발생이 크지 않으며, 차량의 주행속도에 따라 주행 풍이 발생하여 이러한 주행 풍만으로 배터리의 열을 냉각시킬 수 있게 된다. 따라서, 주행 중에는 냉각시스템의 필요성이 떨어지게 된다.
그러나 차량의 충전(특히, 급속충전)시에는 배터리의 발열량이 크며, 차량이 정지상태에는 주행 풍이 발생하지 않기 때문에 배터리의 열을 냉각시킬 수 있는 시스템이 필수적이다.
따라서, 전기차량에는 상기한 냉각시스템의 문제에도 불구하고 차량의 충전시와 같은 발열에 대비하기 위해 배터리 냉각시스템이 마련되어야 하는 문제가 있다.
전술한 바와 같은 문제를 개선하기 위하여, 냉각 유체의 순환에 따른 배터리용 열교환기가 개발되어 사용되고 있는 실정이다.
예컨대, 종래의 배터리용 열교환기는 냉각을 위한 유체가 내부공간을 통해 순환되도록 유입, 유출되며, 굴절 타입으로 다수 벤딩 형성되는 열교환파이프와, 상기 열교환파이프의 상부 외면이 밀착되도록 저면에 삽입홈이 형성되는 상판 및 상기 상판과 대향되어 결합부재를 통해 조립되며 상기 열교환파이프의 하부 외면이 밀착되도록 상면에 삽입홈이 형성되는 하판을 포함한다.
상기와 같은 열교환파이프와 상판 및 하판으로 구성된 배터리용 열교환기에 의하면, 열교환파이프의 내부를 순환하는 냉각을 위한 유체에 의해 상기 열교환 파이프로부터 상판 및 하판을 통해 상기 상판 또는 하판과 밀착되는 배터리에 대한 냉각이 더욱 효율적으로 이루어질 수 있게 되는 것이다.
그러나 전술한 바와 같은 배터리용 열교환기는 상판과 하판 및 열교환파이프를 가공한 후에 열교환파이프가 상판과 하판 사이에 개재되도록 하여 결합부재로 결합하여 기계적 조립을 통해 제품을 완성하는 것으로, 제작공정이 복잡하다는 문제점이 있었다.
아울러, 열교환파이프 내부로 순환하는 냉각을 위한 유체로부터 상판 또는 하판을 거쳐 배터리 측과 열교환이 이루어지므로, 배터리의 냉각효율이 저하되는 문제가 있었다.
상기와 같은 문제점 등을 해결하기 위하여 종래에는 본 출원인이 출원한 특허문헌 1(대한민국 공개특허 제2016-0048564호 2016.05.04.공개.)에서 보는 바와 같은 배터리용 열교환기(1)가 개발되어 사용되고 있다.
이때, 상기 배터리용 열교환기(1)는 다수의 유로가 관통형성된 압출형의 냉각판(20) 상측에는 유로를 분할할 수 있도록 중앙에 배플(11)이 고정되고 양측에는 유입구(30)와 유출구(40)가 조립된 제1 헤더파이프(10)가 브레이징 고정되고, 냉각판(20) 하측에는 유로로 흐르는 유체를 리턴 할 수 있도록 제2 헤더파이프(10')가 브레이징에 의해 조립 고정되는 구성이다.
그러나 상기와 같은 열교환기의 경우에는 압출성형되어 표면이 평평한 냉각판(20)에 배터리(B)가 긴밀하게 접촉되어 배터리에서 발생하는 열의 냉각은 용이하나, 열교환기(1)의 제작을 위하여 냉각판(20) 및 제1, 2 헤더파이프(10)(10'), 배플(11), 유입구(30), 유출구(40)등을 각각 가공하여 구비한 후, 각 부품을 가 조립하여 브레이징을 통해 제품을 완성하는 것으로 제작이 복잡하다는 문제점이 야기되었다.
또한, 유체가 제1 헤더파이프(10)에서 정확하게 분배되어 유입, 유출이 되어야 하고 냉각판의 유로를 통하여 순환하는 과정에서 유체의 혼합됨이 방지되어야 냉각효율을 극대화 시키게 되는데, 상기와 같은 분할을 위하여 제1 헤더파이프(10)에 고정되는 별도의 배플(11)에 대해 정확한 가공 및 브레이징에 의한 조립이 요구되어 생산량 감소는 물론 제작단가가 상승 되는 문제점이 있었다.
그러므로 유로 내에 분산돌기를 통해 냉각을 위한 유체의 흐름이 일정시간 지체되면서 유로에 대해 전체적으로 고르게 분산되어 흐르도록 안내하여 냉각을 위한 접촉시간을 최적화함과 동시에 평평한 상면에 배터리나 연료전지스택의 일면이 직접 밀착되게 함으로써 발생하는 배터리나 연료전지스택에 발생하는 열의 냉각효율을 극대화시킬 수 있도록 하는 한편, 고정수단을 단순화하여 간단한 제조를 통해 생산성을 향상시킬 수 있으며, 유입구공 또는 유출구공에 유입구 파이프 또는 유출구 파이프에 대하여 밴댕구조로 고정됨으로써 유입구 파이프 또는 유출구 파이프에 대한 간편한 고정설치가 이루어질 수 있도록 한 배터리 및 연료전지스택용 열교환기에 대한 연구 및 개발이 요구되는 실정이다.
대한민국 공개특허 제2016-0048564호 2016.05.04.공개. 대한민국 공개특허 10-2020-0082567호 2020.07.08.공개. 대한민국 등록특허 제10-1995582호 2019.06.26.등록. 대한민국 등록특허 제10-1986238호 2019.05.30.등록. 대한민국 공개특허 10-2014-0026961호 2014.03.06.공개.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 상면 중앙영역에 유로가 함몰형성되어 유로의 길이방향에 대하여 지그재그 타입으로 분산돌기가 돌출형성된 유로플레이트와 유로플레이트의 상부를 덮어 마감하는 마감플레이트를 포함하고 유로플레이트의 둘레부분에 일정간격을 가지고 절곡 연장되어 단부가 마감플레이트의 하면 둘레에 밴딩 고정되는 고정수단을 통해 유로플레이트와 마감플레이트의 둘레부분에 대하여 고정되면서 상호 긴밀하게 밀착고정됨으로써 유로플레이트의 유로 내에 분산돌기를 통해 냉각을 위한 유체의 흐름이 일정시간 지체되면서 유로에 대해 전체적으로 고르게 분산되어 흐르도록 안내하여 냉각을 위한 접촉시간을 최적화함과 동시에 평평한 상면에 배터리나 연료전지스택의 일면이 직접 밀착되게 하면서 발생하는 배터리나 연료전지스택에 발생하는 열의 냉각효율을 극대화시킬 수 있도록 한 배터리 및 연료전지스택용 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 기술의 다른 목적은 상면 중앙영역에 유로가 함몰형성되어 유로의 길이방향에 대하여 지그재그 타입으로 분산돌기가 돌출형성된 유로플레이트와 유로플레이트의 상부를 덮어 마감하는 마감플레이트를 포함하고 유로플레이트의 둘레부분에 일정간격을 가지고 절곡 연장되어 단부가 마감플레이트의 하면 둘레에 밴딩 고정되는 고정수단을 통해 유로플레이트와 마감플레이트의 둘레부분에 대하여 고정되면서 상호 긴밀하게 밀착고정됨으로써 밴딩 고정 방식으로 고정수단을 단순화하여 간단한 제조를 통해 생산성을 향상시킬 수 있도록 함에 있다.
본 발명에 따른 기술의 또 다른 목적은 유입구공 또는 유출구공에 단부의 밴딩 구조를 통해 유입구 파이프 또는 유출구 파이프가 고정설치됨으로써 유입구 파이프 또는 유출구 파이프에 대한 간편한 고정설치 및 고정상태의 유지와 이에 따른 장치의 내구성이 현격히 향상될 수 있도록 함에 있다.
본 발명에 따른 기술의 또 다른 목적은 유로플레이트와 마감플레이트, 유입구파이프 및 유출구파이프 등을 프레스 성형 및 브레이징을 통해 제작하던 것과 달리 유로플레이트를 사출성형하면서 유로플레이트, 마감플레이트, 유입구파이프 및 유출구파이프 등을 고정수단을 통해 조립 제작함으로써 유로라인의 설계 자유도를 증대시킬 수 있고, 프레스공정 대비 사출공정에 따른 금형비를 절감할 수 있으며, 유로플레이트와 마감플레이트에 대해 이종재질의 조립으로 공수 절감시킬 수 있고, 아울러 프레스공정 대비 제작을 위한 설비에 대하여 사출과 조립 설비로 적용되면서 설비 투자에 따른 투자비 절감을 구현할 수 있도록 함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 다음과 같다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 및 연료전지스택용 열교환기는 전기 차량의 일면에 밀착되게 설치하여 배터리나 연료전지스택을 냉각시킬 수 있도록 한 배터리 및 연료전지스택용 열교환기에 있어서, 일정두께를 갖는 플레이트로 제공되되, 상면에 냉각을 위한 유체가 이동하는 유로가 함몰형성되며, 유체의 흐름이 일정시간에 걸쳐 분산됨과 동시에 지체되면서 흐르도록 유로의 길이방향에 대하여 지그재그 타입으로 상단이 둘레부분의 상단과 동일한 분산돌기가 상향 돌출형성되는 유로플레이트; 상기 유로플레이트의 상측으로 개방된 유로를 덮어 마감하여 배터리나 연료전지스택의 일면이 평평하게 밀착되어 열교환이 이루어지도록, 유로플레이트와 대응되는 플레이트로 제공되어, 일 측에 유입구공이 관통형성되고, 타 측에 유출구공이 관통형성되며, 유로의 개방부분이 밀폐되도록 하는 마감플레이트; 유로플레이트의 상부에 마감플레이트가 밀착된 상태에서의 둘레부분을 고정시키되, 유로플레이트와 마감플레이트의 둘레부분에 일정간격을 가지고 형성되면서 유로플레이트 둘레부분과 마감플레이트의 둘레부분에 대하여 밴딩 구조를 통해 상호 고정되도록 하는 고정수단; 상기 마감플레이트의 유입구공에 유체를 공급할 수 있도록 하단부분이 고정되는 유입파이프; 및 상기 마감플레이트의 유출구공에 유체를 유출시킬 수 있도록 하단부분이 고정되는 유출파이프를 포함하는 구성으로 이루어진다.
여기서, 상기 고정수단은 유로플레이트의 상부에 마감플레이트가 밀착된 상태에서의 둘레부분을 밴딩 구조를 통해 상호 고정시킬 수 있도록, 유로플레이트의 둘레를 따라 일정간격을 가지고 측부 외면으로부터 내향 일정 폭과 깊이를 가지고 함몰 형성되는 고정홈 및 마감플레이트의 둘레를 따라 일정간격을 가지고 고정홈의 폭과 대응되는 폭을 가지고 하향 일정길이 수직으로 절곡 연장되며, 유로플레이트 상부에 마감플레이트가 밀착된 상태에서 하단이 유로플레이트의 하면 내측으로 절곡되면서 유로플레이트와 마감플레이트를 밴딩 구조를 통해 상호 밀착된 상태로 고정시키는 밴딩편으로 구성된다.
이때, 상기 밴딩편은 유로플레이트 상부에 마감플레이트의 밀착시 상단으로부터 하향 일정길이만큼 고정홈 내에 삽입 밀착된 상태에서, 하향 돌출되는 단부가 내향 절곡되면서 유로플레이트의 하면에 밴딩 고정되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유로플레이트의 분산돌기는 원기둥 타입으로 제공될 수 있다.
더욱이, 상기 유로플레이트의 분산돌기는 물방울 모양 기둥 타입으로 제공되는 한편, 유입파이프를 통해 냉각을 위한 유체가 유입되는 측인 유로의 일 측과 대응되는 측이 반구형이면서 반구형과 반대 측이 부등호 형상으로 뾰족한 물방울 모양으로 유로 내에 상향 돌출형성될 수 있다.
또한, 상기 유로플레이트의 분산돌기는 마름모 모양 기둥 타입으로 제공되는 한편, 마름모형상의 정중앙을 기준으로 유입파이프를 통해 냉각을 위한 유체가 유입되는 측인 유로의 일 측에 비하여 대향되는 타 측이 더 길게 형성되는 마름모 모양으로 유로 내에 상향 돌출형성될 수도 있다.
그리고 유입파이프에 대한 유입구공에 고정시 유입파이프의 하단 부분이 유입구공 하단 둘레부분에 밴딩고정되는 한편, 유출파이프에 대한 유출구공에 고정시 유출파이프의 하단 부분이 유출구공 하단 둘레부분에 밴딩고정되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유로플레이트는 일정두께를 갖는 플레이트로 제공되되, 평면에서 봤을 때 'ㄷ'자 형상의 플레이트로 제공되어 상면에 유로가 'ㄷ'자 형상으로 함몰형성되는 한편, 상기 마감플레이트는 유로플레이트와 대응되는 플레이트로 제공되되, 유로플레이트와 대응되어 평면에서 봤을 때 'ㄷ'자 형상의 플레이트로 제공되고, 유입구공이 일 측의 절곡 부분에 관통형성되며, 유출구공이 타 측의 절곡 부분에 관통형성되는 것이 양호하다.
본 발명에 따른 배터리 및 연료전지스택용 열교환기의 효과를 설명하면 다음과 같다.
첫째, 상면 중앙영역에 유로가 함몰형성되어 유로의 길이방향에 대하여 지그재그 타입으로 분산돌기가 돌출형성된 유로플레이트와 유로플레이트의 상부를 덮어 마감하는 마감플레이트를 포함하고 유로플레이트의 둘레부분에 일정간격을 가지고 절곡 연장되어 단부가 마감플레이트의 하면 둘레에 밴딩 고정되는 고정수단을 통해 유로플레이트와 마감플레이트의 둘레부분에 대하여 고정되면서 상호 긴밀하게 밀착고정됨으로써 유로플레이트의 유로 내에 분산돌기를 통해 냉각을 위한 유체의 흐름이 일정시간 지체되면서 유로에 대해 전체적으로 고르게 분산되어 흐르도록 안내하여 냉각을 위한 접촉시간을 최적화함과 동시에 평평한 상면에 배터리나 연료전지스택의 일면이 직접 밀착되게 하면서 발생하는 배터리나 연료전지스택에 발생하는 열의 냉각효율을 극대화시킬 수 있다.
둘째, 상면 중앙영역에 유로가 함몰형성되어 유로의 길이방향에 대하여 지그재그 타입으로 분산돌기가 돌출형성된 유로플레이트와 유로플레이트의 상부를 덮어 마감하는 마감플레이트를 포함하고 유로플레이트의 둘레부분에 일정간격을 가지고 절곡 연장되어 단부가 마감플레이트의 하면 둘레에 밴딩 고정되는 고정수단을 통해 유로플레이트와 마감플레이트의 둘레부분에 대하여 고정되면서 상호 긴밀하게 밀착고정됨으로써 밴딩 고정 방식으로 고정수단을 단순화하여 간단한 제조를 통해 생산성을 향상시킬 수 있다.
셋째, 유입구공 또는 유출구공에 단부의 밴딩 구조를 통해 유입구 파이프 또는 유출구 파이프가 고정설치됨으로써 유입구 파이프 또는 유출구 파이프에 대한 간편한 고정설치 및 고정상태의 유지와 이에 따른 장치의 내구성이 현격히 향상될 수 있다.
넷째, 유로플레이트와 마감플레이트, 유입구파이프 및 유출구파이프 등을 프레스 성형 및 브레이징을 통해 제작하던 것과 달리 유로플레이트를 사출성형하면서 유로플레이트, 마감플레이트, 유입구파이프 및 유출구파이프 등을 고정수단을 통해 조립 제작함으로써 유로라인의 설계 자유도를 증대시킬 수 있고, 프레스공정 대비 사출공정에 따른 금형비를 절감할 수 있으며, 유로플레이트와 마감플레이트에 대해 이종재질의 조립으로 공수 절감시킬 수 있고, 아울러 프레스공정 대비 제작을 위한 설비에 대하여 사출과 조립 설비로 적용되면서 설비 투자에 따른 투자비 절감을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 및 연료전지스택용 열교환기를 나타낸 분리 사시구성도.
도 2a 및 2b는 본 발명에 따른 배터리 및 연료전지스택용 열교환기를 나타낸 평면 결합 사시구성도 및 저면 결합 사시구성도.
도 3은 본 발명에 따른 배터리 및 연료전지스택용 열교환기를 나타낸 결합 단면예시도.
도 4a 및 4b는 본 발명에 따른 배터리 및 연료전지스택용 열교환기에 대한 배터리 냉각을 위해 적용되는 상태를 나타낸 분해 및 결합 사시구성도.
도 5는 본 발명에 따른 배터리 및 연료전지스택용 열교환기에서, 냉각을 위한 유체의 흐름을 나타낸 사용상태 평면예시도.
도 6은 본 발명에 따른 배터리 및 연료전지스택용 열교환기의 요부인 유로플레이트의 다른 실시예를 나타낸 사시구성도.
도 7은 본 발명에 따른 배터리 및 연료전지스택용 열교환기의 요부인 유로플레이트의 또 다른 실시예를 나타낸 사시구성도.
도 8은 본 발명에 따른 배터리 및 연료전지스택용 열교환기의 다른 실시예를 나타낸 단면예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 배터리 및 연료전지스택용 열교환기의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 및 연료전지스택용 열교환기를 나타낸 분리 사시구성도이고, 도 2a 및 2b는 본 발명에 따른 배터리 및 연료전지스택용 열교환기를 나타낸 평면 결합 사시구성도 및 저면 결합 사시구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 배터리 및 연료전지스택용 열교환기를 나타낸 결합 단면예시도이다.
도 4a 및 4b는 본 발명에 따른 배터리 및 연료전지스택용 열교환기에 대한 배터리 냉각을 위해 적용되는 상태를 나타낸 분해 및 결합 사시구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 배터리 및 연료전지스택용 열교환기에서, 냉각을 위한 유체의 흐름을 나타낸 사용상태 평면예시도이다.
도 1 내지 5에서 보는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 및 연료전지스택용 열교환기는 전기 차량의 일면에 밀착되게 설치하여 배터리(B)나 연료전지스택을 냉각 또는 가열시킬 수 있도록 하기 위하여 순환하는 유체를 냉매나 냉수 또는 온수를 적용할 수 있는 것으로, 이를 통하여 전기차량 등에 사용되는 배터리(B)나 연료전지스택의 온도를 일정하게 유지시키기 위한 것이며, 이하에서는 냉각을 위한 냉매 유체를 적용하여 배터리(B)를 냉각시킬 수 있도록 하는 경우를 기준으로 하여 설명하기로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 및 연료전지스택용 열교환기는 전기 차량의 일면에 밀착되게 설치하여 배터리나 연료전지스택을 냉각시킬 수 있도록 한 것으로서, 크게 분류하면 유로플레이트(100), 마감플레이트(300), 고정수단, 유입파이프(710) 및 유출파이프(720)를 포함하여 이루어진다.
구체적으로, 상기 유로플레이트(100)는 일정두께를 갖는 플레이트로 제공되되, 상면에 냉각을 위한 유체가 이동하는 유로(110)가 함몰형성되며, 유체의 흐름이 일정시간에 걸쳐 분산됨과 동시에 지체되면서 흐르도록 유로(110)의 길이방향에 대하여 지그재그 타입으로 상단이 둘레부분의 상단과 동일한 분산돌기(130)가 상향 돌출형성된다.
상기와 같은 유로플레이트(100)는 일정두께를 갖는 플레이트로 제공되되, 도면에서 보는 바와 같이, 평면에서 봤을 때 'ㄷ'자 형상의 플레이트로 제공되어 상면에 유로(110)가 'ㄷ'자 형상으로 함몰형성되는 것이 바람직한 것이다.
다시 말하면, 상기 유로플레이트(100)는 상기 유체의 흐름이 일정시간에 걸쳐 분산됨과 동시에 지체되면서 흐르도록 유로(110)의 양측 절곡된 부분을 제외한 직선부의 길이방향에 대하여 지그재그 타입으로 상단이 둘레부분의 상단과 동일한 분산돌기(130)가 상향 돌출형성되는 것이다.
물론, 상기와 같은 유로플레이트(100)는 평면에서 봤을 때 직사각형상의 플레이트 또는 직사각형상의 길이방향 일 측과 타 측에 외향 엇갈리게 절곡되는 'ㄴ'자 형상과 'ㄱ'자 형상의 수평부분이 연이어진 형상의 플레이트 등으로 다양하게 변형될 수 있는 것이다.
더욱이, 상기와 같은 유로플레이트(100)는 분산돌기(130)에 대하여 원기둥 타입으로 제공되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 유로플레이트(100)의 분산돌기(130)가 원기둥 타입으로 제공됨으로써 원형 단면의 둘레부분을 따라 냉각을 위한 유체의 이동시 일정한 저항이 생기면서 유체의 흐름이 일정시간 지체되면서 유로에 대해 전체적으로 고르게 분산되어 흐르도록 안내될 수 있는 것이다.
다시 말하면, 상기와 같은 원기둥 타입의 분산돌기(130)를 통해 냉각을 위한 유체의 이동시 일정한 저항이 생기면서 유체의 흐름이 일정시간 지체되면서 유로에 대해 전체적으로 고르게 분산되어 흐르도록 안내됨에 따라, 배터리(B)의 냉각을 위한 유체의 접촉시간이 최적화되도록 하면서 배터리(B)의 냉각 효율을 극대화시킬 수 있게 되는 것이다.
한편, 상기 마감플레이트(300)는 상기 유로플레이트(100)의 상측으로 개방된 유로(110)를 덮어 마감하여 배터리(B)나 연료전지스택의 일면이 평평하게 밀착되어 열교환이 이루어지도록, 유로플레이트(100)와 대응되는 플레이트로 제공되어, 일 측에 유입구공(310)이 관통형성되고, 타 측에 유출구공(320)이 관통형성된다.
다시 말하면, 상기 마감플레이트(300)는 상기 유로플레이트(100)의 상측으로 개방된 유로(110)를 덮어 마감하면서 유로(110)의 개방부분이 밀폐되도록 하는 것이다.
또한, 상기와 같은 마감플레이트(300)는 유로플레이트(100)보다 두께가 얇은 알루미늄합금재질의 플레이트로 제공됨이 바람직하며, 이때 알루미늄함금재질은 높은 강성을 고려하여 "A60"계열의 알루미늄함급재질로 적용됨이 바람직한 것이다.
더욱이, 상기 마감플레이트(300)는 유로플레이트(100)와 대응되는 플레이트로 제공되되, 유로플레이트(100)와 대응되어 평면에서 봤을 때 'ㄷ'자 형상의 플레이트로 제공되는 것이 바람직하다.
물론, 전술한 바와 같은 마감플레이트(300)는 평면에서 봤을 때 직사각형상의 플레이트 또는 직사각형상의 길이방향 일 측과 타 측에 외향 엇갈리게 절곡되는 'ㄴ'자 형상과 'ㄱ'자 형상의 수평부분이 연이어진 형상의 플레이트 등으로 다양하게 변형될 수 있는 것이다.
한편, 상기 고정수단은 유로플레이트(100)의 상부에 마감플레이트(300)가 밀착된 상태에서의 둘레부분을 고정시키되, 유로플레이트(100)와 마감플레이트(300)의 둘레부분에 일정간격을 가지고 형성되면서 유로플레이트(100) 둘레부분과 마감플레이트(300)의 둘레부분에 대하여 밴딩 구조를 통해 상호 고정되도록 하는 것이다.
상기와 같은 고정수단은 특히, 유로플레이트(100)의 상부에 마감플레이트(300)가 밀착된 상태에서의 둘레부분을 밴딩 구조를 통해 상호 고정시킬 수 있도록 하는 것이 중요하다.
이를 위하여, 상기 고정수단은 유로플레이트(100)의 둘레를 따라 일정간격을 가지고 측부 외면으로부터 내향 일정 폭과 깊이를 가지고 함몰 형성되는 고정홈(102) 및 마감플레이트(300)의 둘레를 따라 일정간격을 가지고 고정홈(102)의 폭과 대응되는 폭을 가지고 하향 일정길이 수직으로 절곡 연장되며, 유로플레이트(100) 상부에 마감플레이트(300)가 밀착된 상태에서 하단이 유로플레이트(100)의 하면 내측으로 절곡되면서 유로플레이트(100)와 마감플레이트(300)를 밴딩 구조를 통해 상호 밀착된 상태로 고정시키는 밴딩편(302)으로 구성된다.
이때, 상기 밴딩편(302)은 유로플레이트(100) 상부에 마감플레이트(300) 밀착시 상단으로부터 하향 일정길이만큼 고정홈(102) 내에 삽입 밀착된 상태에서, 하향 돌출되는 단부가 내향 절곡되면서 유로플레이트(100)의 하면에 밴딩 고정되는 것이 바람직하다.
다시 말하면, 상기 밴딩편(302)은 최초 'ㄱ'자 형상으로 구비된 상태에서, 유로플레이트(100) 상부에 마감플레이트(300) 밀착시키면서 고정홈(102) 내에 삽입 밀착되도록 한 후에 하향 돌출된 단부 일정길이에 대하여 유로플레이트(100)의 하면에 밀착되도록 밴딩 고정하는 것이 바람직한 것이다.
이때, 상기와 같은 밴딩 구조로서의 고정수단 중 하나로 적용되는 밴딩편(302)은 도면으로 구체적으로 도시하지는 않았으나, 별도의 밴딩을 위한 판형 부재를 통해 가압을 통해 밴딩됨이 바람직하다.
한편, 상기 유입파이프(710)는 상기 마감플레이트(300)의 유입구공(310)에 유체를 공급할 수 있도록 하단부분이 고정되는 것이다.
또한, 상기 유출파이프(720)는 상기 마감플레이트(300)의 유출구공(320)에 유체를 유출시킬 수 있도록 하단부분이 고정되는 것이다.
전술한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 배터리 및 연료전지스택용 열교환기는 유입파이프(710)에 대한 유입구공(310)에 고정시에는 유입파이프(710)의 하단 부분이 유입구공(310) 하단 둘레부분에 밴딩고정되는 것이 바람직한 것이다.
아울러, 유출파이프(720)에 대한 유출구공(320)에 고정시에도 유출파이프(720)의 하단 부분이 유출구공(320) 하단 둘레부분에 밴딩고정되는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명에 따른 배터리 및 연료전지스택용 열교환기의 요부인 유로플레이트의 다른 실시예를 나타낸 사시구성도이다.
도 6에서 보는 바와 같은 유로플레이트의 실시예는 도 1 내지 5를 참고하여 설명한 유로플레이트와는 분산돌기의 형상에 대하여서만 차이를 가지는 것으로, 이하 동일부호를 갖는 구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 6을 참고하면, 다른 실시예에 따른 유로플레이트(100)는 분산돌기(130)가 물방울 모양 기둥 타입으로 제공될 수 있다.
이때, 상기 분산돌기(130)는 유입파이프(710)를 통해 냉각을 위한 유체가 유입되는 측인 유로(110)의 일 측과 대응되는 측이 반구형이면서 반구형과 반대 측이 부등호 형상으로 뾰족한 물방울 모양으로 유로(110) 내에 상향 돌출형성되는 것이 바람직한 것이다.
상기와 같은 분산돌기(130)에 의하면, 반구형 부분에서의 냉각을 위한 유체에 대한 분산과 함께 지체가 진행될 수 있으며, 부등호 형상을 뾰족한 부분에서 일부 가속된 후에 다시 반구형 부분으로 안내되는 것을 반복하면서 분산, 지체와 가속이 교번하여 진행되는 냉각을 위한 유체에 대한 흐름을 통하여 배터리(B)의 냉각을 위한 유체의 접촉시간이 최적화되도록 할 수 있게 된다.
아울러, 상기와 같이 배터리(B)의 냉각을 위한 유체의 접촉시간이 최적화됨으로써 배터리(B)의 냉각 효율을 극대화시킬 수 있게 되는 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 배터리 및 연료전지스택용 열교환기의 요부인 유로플레이트의 또 다른 실시예를 나타낸 사시구성도이다.
도 7에서 보는 바와 같은 유로플레이트의 실시예는 도 1 내지 5를 참고하여 설명한 유로플레이트와는 분산돌기의 형상에 대하여서만 차이를 가지는 것으로, 이하 동일부호를 갖는 구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 7을 참고하면, 또 다른 실시예에 따른 유로플레이트(100)는 분산돌기(130)가 마름모 모양 기둥 타입으로 제공될 수도 있다.
이때, 상기 분산돌기(130)는 마름모형상의 정중앙을 기준으로 유입파이프(710)를 통해 냉각을 위한 유체가 유입되는 측인 유로(110)의 일 측에 비하여 대향되는 타 측이 더 길게 형성되는 마름모 모양으로 유로(110) 내에 상향 돌출형성되는 것이 바람직한 것이다.
다시 말하면, 상기 분산돌기(130)는 정중앙을 기준으로 일 측인 유입 측의 부등호 부분의 사이 각도보다 정중앙을 기준으로 타 측인 유출 측의 부등호 부분의 사이 각도가 일정각도 작은 각도를 갖는 마름모 모양으로 유로(110) 내에 상향 돌출형성될 수 있는 것이다.
상기와 같은 분산돌기(130)에 의하면, 부등호 형상 사이 각도가 비교적 큰 부분에서의 냉각을 위한 유체에 대한 분산과 함께 지체가 진행될 수 있으며, 부등호 형상 사이 각도가 비교적 작은 부분에서 일부 가속된 후에 다시 부등호 형상 사이 각도가 비교적 큰 부분으로 안내되는 것을 반복하면서 분산, 지체와 가속이 교번하여 진행되는 냉각을 위한 유체에 대한 흐름을 통하여 배터리(B)의 냉각을 위한 유체의 접촉시간이 최적화되도록 할 수 있게 된다.
아울러, 상기와 같이 배터리(B)의 냉각을 위한 유체의 접촉시간이 최적화됨으로써 배터리(B)의 냉각 효율을 극대화시킬 수 있게 되는 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 배터리 및 연료전지스택용 열교환기의 다른 실시예를 나타낸 단면예시도이다.
특히, 도 8은 유로의 분산돌기 중앙을 기준으로 단면 처리된 단면예시를 나타낸 것이다.
이러한 도 8에서 보는 바와 같은 실시예는 도 1 내지 5를 참고하여 설명한 실시예와는 유로플레이트의 유로 전체영역에 걸쳐 분산돌기 부분이 마감플레이트와 밀착이 유지되도록 하는 요홈과 결착공 및 결착후크의 구조가 더 적용되는 점에서만 차이를 가지는 것으로, 도 1 내지 5를 함께 참고하기로 하며, 이하 동일부호를 갖는 구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 8을 참고하면, 고정수단을 통해 유로플레이트(100)와 마감플레이트(300)가 상호 밀착된 상태로 고정되되, 유로플레이트(100)의 유로(110) 전체영역에 걸쳐 마감플레이트(300)와 긴밀한 밀착이 유지될 수 있도록 하는 것이 중요하다.
이를 위하여, 먼저 상기 유로플레이트(100)의 분산돌기(130)는 하면 중앙으로부터 일정면적을 가지고 상향 일정깊이 요홈(131a)이 함몰되며, 요홈(131a) 중앙으로부터 상향 결착공(131b)이 관통형성된다.
아울러, 상기 마감플레이트(300)는 유로플레이트(100)의 분산돌기(130)와 대응되는 하면에 각각 하향 결착후크(331)가 돌출형성된다.
즉, 상기와 같은 요홈(131a)과 결착공(131b) 및 결착후크(331)의 구조가 적용되면서 유로플레이트(100) 상부에 마감플레이트(300)의 밀착시 결착후크(331)가 결착공(131b)을 관통하여 결착후크(331)의 후크부분이 요홈(131a) 상에 걸림고정되는 것이 더욱 바람직한 것이다.
다시 말하면, 단순화된 고정홈(102)과 밴딩편(302)으로 구성된 밴딩 구조와 함께 보조로 유로(110)의 전체영역에 걸쳐 밀착고정을 시키는 요홈(131a)과 결착공(131b) 및 결착후크(331)의 구조가 적용됨으로써 고정홈(102)과 밴딩편(302)으로 구성되는 고정수단과 함께 보조로 결착력을 통해 고정하면서 유로플레이트(100)와 마감플레이트(300)에 대한 둘레부분 및 유로 전체영역과 대응되는 중앙영역에 대한 고정상태를 더욱 안정적으로 유지시킬 수 있게 되는 것이다.
전술한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 배터리 및 연료전지스택용 열교환기의 실시예들에 의하면, 상면 중앙영역에 유로가 함몰형성되어 유로의 길이방향에 대하여 지그재그 타입으로 분산돌기가 돌출형성된 유로플레이트와 유로플레이트의 상부를 덮어 마감하는 마감플레이트를 포함하고 유로플레이트의 둘레부분에 일정간격을 가지고 절곡 연장되어 단부가 마감플레이트의 하면 둘레에 밴딩 고정되는 고정수단을 통해 유로플레이트와 마감플레이트의 둘레부분에 대하여 고정되면서 상호 긴밀하게 밀착고정됨으로써 유로플레이트의 유로 내에 분산돌기를 통해 냉각을 위한 유체의 흐름이 일정시간 지체되면서 유로에 대해 전체적으로 고르게 분산되어 흐르도록 안내하여 냉각을 위한 접촉시간을 최적화함과 동시에 평평한 상면에 배터리나 연료전지스택의 일면이 직접 밀착되게 하면서 발생하는 배터리나 연료전지스택에 발생하는 열의 냉각효율을 극대화시킬 수 있다.
또한, 상면 중앙영역에 유로가 함몰형성되어 유로의 길이방향에 대하여 지그재그 타입으로 분산돌기가 돌출형성된 유로플레이트와 유로플레이트의 상부를 덮어 마감하는 마감플레이트를 포함하고 유로플레이트의 둘레부분에 일정간격을 가지고 절곡 연장되어 단부가 마감플레이트의 하면 둘레에 밴딩 고정되는 고정수단을 통해 유로플레이트와 마감플레이트의 둘레부분에 대하여 고정되면서 상호 긴밀하게 밀착고정됨으로써 밴딩 고정 방식으로 고정수단을 단순화하여 간단한 제조를 통해 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.
더욱이, 유입구공 또는 유출구공에 단부의 밴딩 구조를 통해 유입구 파이프 또는 유출구 파이프가 고정설치됨으로써 유입구 파이프 또는 유출구 파이프에 대한 간편한 고정설치 및 고정상태의 유지와 이에 따른 장치의 내구성이 현격히 향상될 수 있다.
아울러, 유로플레이트와 마감플레이트, 유입구파이프 및 유출구파이프 등을 프레스 성형 및 브레이징을 통해 제작하던 것과 달리 유로플레이트를 사출성형하면서 유로플레이트, 마감플레이트, 유입구파이프 및 유출구파이프 등을 고정수단을 통해 조립 제작함으로써 유로라인의 설계 자유도를 증대시킬 수 있고, 프레스공정 대비 사출공정에 따른 금형비를 절감할 수 있으며, 유로플레이트와 마감플레이트에 대해 이종재질의 조립으로 공수 절감시킬 수 있고, 아울러 프레스공정 대비 제작을 위한 설비에 대하여 사출과 조립 설비로 적용되면서 설비 투자에 따른 투자비 절감을 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형의 실시가 가능하며, 이러한 변형은 본 발명의 범위에 포함된다.
100: 유로플레이트
102: 고정홈
110: 유로
130: 분산돌기
131a: 요홈
131b: 결착공
300: 마감플레이트
302: 밴딩편
310: 유입구공
320: 유출구공
331: 결착후크
710: 유입파이프
720: 유출파이프
B: 배터리

Claims (9)

  1. 전기 차량의 일면에 밀착되게 설치하여 배터리(B)나 연료전지스택을 냉각시킬 수 있도록 한 배터리 및 연료전지스택용 열교환기에 있어서,
    일정두께를 갖는 플레이트로 제공되되, 상면에 냉각을 위한 유체가 이동하는 유로(110)가 함몰형성되며, 유체의 흐름이 일정시간에 걸쳐 분산됨과 동시에 지체되면서 흐르도록 유로(110)의 길이방향에 대하여 지그재그 타입으로 상단이 둘레부분의 상단과 동일한 분산돌기(130)가 상향 돌출형성되는 유로플레이트(100); 상기 유로플레이트(100)의 상측으로 개방된 유로(110)를 덮어 마감하여 배터리(B)나 연료전지스택의 일면이 평평하게 밀착되어 열교환이 이루어지도록, 유로플레이트(100)와 대응되는 플레이트로 제공되어, 일 측에 유입구공(310)이 관통형성되고, 타 측에 유출구공(320)이 관통형성되며, 유로(110)의 개방부분이 밀폐되도록 하는 마감플레이트(300); 유로플레이트(100)의 상부에 마감플레이트(300)가 밀착된 상태에서의 둘레부분을 고정시키되, 유로플레이트(100)와 마감플레이트(300)의 둘레부분에 일정간격을 가지고 형성되면서 유로플레이트(100) 둘레부분과 마감플레이트(300)의 둘레부분에 대하여 밴딩 구조를 통해 상호 고정되도록 하는 고정수단; 상기 마감플레이트(300)의 유입구공(310)에 유체를 공급할 수 있도록 하단부분이 고정되는 유입파이프(710); 및 상기 마감플레이트(300)의 유출구공(320)에 유체를 유출시킬 수 있도록 하단부분이 고정되는 유출파이프(720)를 포함하되
    상기 유로플레이트(100)는 일정두께를 갖는 플레이트로 제공되되, 평면에서 봤을 때 'ㄷ'자 형상의 플레이트로 제공되어 상면에 유로(110)가 'ㄷ'자 형상으로 함몰형성되는 한편,
    상기 마감플레이트(300)는 유로플레이트(100)와 대응되는 플레이트로 제공되되, 유로플레이트(100)와 대응되어 평면에서 봤을 때 'ㄷ'자 형상의 플레이트로 제공되고, 유입구공(310)이 일 측의 절곡 부분에 관통형성되며, 유출구공(320)이 타 측의 절곡 부분에 관통형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 및 연료전지스택용 열교환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고정수단은 유로플레이트(100)의 상부에 마감플레이트(300)가 밀착된 상태에서의 둘레부분을 밴딩 구조를 통해 상호 고정시킬 수 있도록,
    유로플레이트(100)의 둘레를 따라 일정간격을 가지고 측부 외면으로부터 내향 일정 폭과 깊이를 가지고 함몰 형성되는 고정홈(102) 및
    마감플레이트(300)의 둘레를 따라 일정간격을 가지고 고정홈(102)의 폭과 대응되는 폭을 가지고 하향 일정길이 수직으로 절곡 연장되며, 유로플레이트(100) 상부에 마감플레이트(300)가 밀착된 상태에서 하단이 유로플레이트(100)의 하면 내측으로 절곡되면서 유로플레이트(100)와 마감플레이트(300)를 밴딩 구조를 통해 상호 밀착된 상태로 고정시키는 밴딩편(302)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 및 연료전지스택용 열교환기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 밴딩편(302)은 유로플레이트(100) 상부에 마감플레이트(300) 밀착시 상단으로부터 하향 일정길이만큼 고정홈(102) 내에 삽입 밀착된 상태에서, 하향 돌출되는 단부가 내향 절곡되면서 유로플레이트(100)의 하면에 밴딩 고정되는 것을 특징으로 하는 배터리 및 연료전지스택용 열교환기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유로플레이트(100)의 분산돌기(130)는 원기둥 타입으로 제공되는 것을 특징으로 하는 배터리 및 연료전지스택용 열교환기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유로플레이트(100)의 분산돌기(130)는 물방울 모양 기둥 타입으로 제공되는 한편,
    유입파이프(710)를 통해 냉각을 위한 유체가 유입되는 측인 유로의 일 측과 대응되는 측이 반구형이면서 반구형과 반대 측이 부등호 형상으로 뾰족한 물방울 모양으로 유로 내에 상향 돌출형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 및 연료전지스택용 열교환기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유로플레이트(100)의 분산돌기(130)는 마름모 모양 기둥 타입으로 제공되는 한편,
    마름모형상의 정중앙을 기준으로 유입파이프(710)를 통해 냉각을 위한 유체가 유입되는 측인 유로의 일 측에 비하여 대향되는 타 측이 더 길게 형성되는 마름모 모양으로 유로 내에 상향 돌출형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 및 연료전지스택용 열교환기.
  7. 제1항에 있어서,
    유입파이프(710)에 대한 유입구공(310)에 고정시 유입파이프(710)의 하단 부분이 유입구공(310) 하단 둘레부분에 밴딩고정되는 한편,
    유출파이프(720)에 대한 유출구공(320)에 고정시 유출파이프(720)의 하단 부분이 유출구공(320) 하단 둘레부분에 밴딩고정되는 것을 특징으로 하는 배터리 및 연료전지스택용 열교환기.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 유로플레이트(100)의 유로(110) 전체영역에 걸쳐 마감플레이트(300)와 긴밀한 밀착이 유지될 수 있도록,
    상기 유로플레이트(100)의 분산돌기(130)는 하면 중앙으로부터 일정면적을 가지고 상향 일정깊이 요홈(131a)이 함몰되며, 요홈(131a) 중앙으로부터 상향 결착공(131b)이 관통형성되며,
    상기 마감플레이트(300)는 유로플레이트(100)의 분산돌기(130)와 대응되는 하면에 각각 하향 결착후크(331)가 돌출형성되는 한편,
    유로플레이트(100) 상부에 마감플레이트(300)의 밀착시 결착후크(331)가 결착공(131b)을 관통하여 결착후크(331)의 후크부분이 요홈(131a) 상에 걸림고정되는 것을 특징으로 하는 배터리 및 연료전지스택용 열교환기.
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130122741A (ko) * 2010-10-04 2013-11-08 다나 캐나다 코포레이션 배터리를 위한 순응형 유체-냉각된 열교환기
KR20140026961A (ko) 2012-08-24 2014-03-06 주식회사 한국쿨러 배터리용 열교환기
KR20160048564A (ko) 2014-10-24 2016-05-04 주식회사 고산 배터리용 압출타입 열교환기
KR20170112813A (ko) * 2016-04-01 2017-10-12 신수철 냉각핀이 형성된 히트싱크
KR20180085534A (ko) * 2017-01-19 2018-07-27 주식회사 고산 배터리 및 연료전지스택용 열교환기
KR20180124403A (ko) * 2017-05-11 2018-11-21 전남대학교산학협력단 이종재질로 이루어진 배터리 히트싱크
KR101986238B1 (ko) 2017-10-17 2019-06-07 엠에이치기술개발 주식회사 배터리 열교환용 냉각 플레이트
KR101995582B1 (ko) 2017-02-23 2019-07-02 엘지전자 주식회사 전기자동차 배터리 냉각용 열교환기
KR20200082567A (ko) 2018-12-31 2020-07-08 주식회사 고산 배터리 냉각용 열교환기

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100214427B1 (ko) * 1991-10-14 1999-08-02 안자이 이치로 열교환기용 튜브 및 그 제조방법
JP5742664B2 (ja) * 2011-10-26 2015-07-01 トヨタ自動車株式会社 組電池及び車両
KR101988992B1 (ko) * 2013-09-27 2019-06-13 한온시스템 주식회사 전기소자 냉각용 열교환기

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130122741A (ko) * 2010-10-04 2013-11-08 다나 캐나다 코포레이션 배터리를 위한 순응형 유체-냉각된 열교환기
KR20140026961A (ko) 2012-08-24 2014-03-06 주식회사 한국쿨러 배터리용 열교환기
KR20160048564A (ko) 2014-10-24 2016-05-04 주식회사 고산 배터리용 압출타입 열교환기
KR20170112813A (ko) * 2016-04-01 2017-10-12 신수철 냉각핀이 형성된 히트싱크
KR20180085534A (ko) * 2017-01-19 2018-07-27 주식회사 고산 배터리 및 연료전지스택용 열교환기
KR101995582B1 (ko) 2017-02-23 2019-07-02 엘지전자 주식회사 전기자동차 배터리 냉각용 열교환기
KR20180124403A (ko) * 2017-05-11 2018-11-21 전남대학교산학협력단 이종재질로 이루어진 배터리 히트싱크
KR101986238B1 (ko) 2017-10-17 2019-06-07 엠에이치기술개발 주식회사 배터리 열교환용 냉각 플레이트
KR20200082567A (ko) 2018-12-31 2020-07-08 주식회사 고산 배터리 냉각용 열교환기

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