KR102415658B1

KR102415658B1 - 전기차량의 냉각수 가열장치

Info

Publication number: KR102415658B1
Application number: KR1020170100839A
Authority: KR
Inventors: 이상신; 정소라; 김재웅; 박소윤; 오만주; 박재우; 이원석
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사; 주식회사 두원공조
Priority date: 2017-08-09
Filing date: 2017-08-09
Publication date: 2022-07-05
Also published as: US11105253B2; KR20190017077A; CN109383220A; DE102017221782B4; DE102017221782A1; US20190048781A1; CN109383220B

Abstract

중심측이 코일형상으로 형성된 시즈히터; 하나 이상 구비되고, 하나에는 일측에 냉각수가 유입되는 유입구가 형성되며, 상기 시즈히터를 외측에서 감싸거나, 상기 시즈히터에 감싸지도록 배치되고, 외주면에는 복수의 관통홀이 형성되어 상기 유입구로 유입된 냉각수가 관통홀을 통해 배출되는 내측관; 및 상기 시즈히터와 내측관을 외측에서 감싸고, 일측에는 배출구가 형성되어 상기 시즈히터로부터 가열된 냉각수가 상기 내측관의 관통홀을 통해 유입된 후 상기 배출구를 통해 배출되도록 형성된 외측관;을 포함하는 전기차량의 냉각수 가열장치.을 포함하는 전기차량의 냉각수 가열장치가 소개된다.

Description

전기차량의 냉각수 가열장치 {COOLING WATER HEATING APPARATUS FOR ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 전기차량의 냉각수를 가열하기 위한 것으로서, 가열 효율이 뛰어나고 안전성이 우수한 전기차량의 냉각수 가열장치에 관한 것이다.

최근 환경친화적 기술의 구현 및 에너지 고갈 등의 문제해결을 사회적 이슈로 대두되고 있는 것이 전기차량이다. 전기차량은 배터리로부터 전기를 공급받아 동력을 출력하는 모터를 이용하여 작동하고, 따라서 이산화탄소의 배출이 없고, 소음이 아주 작으며, 모터의 에너지효율은 엔진의 에너지효율보다 높은 장점이 있어 친환경 자동차로 각광받고 있다.

그러나 종래의 내연기관 차량이 엔진에서 발생되는 열원을 이용하여 냉각수를 가열하는 것과는 달리, 전기차량에서는 별도로 설치되는 엔진이 없기 때문에 엔진에서 발생되는 열을 이용하여 냉각수를 가열하지 못하는 단점이 있다.

따라서, 별도로 냉각수를 가열하기 위한 장치를 구비하여야 하나, 종래에는 냉각수가 한방향으로 흐르도록 하우징이 가이드를 하고, 유로를 통하여 냉각수의 흐름이 원활하여 냉각수가 가열장치 내를 체류하는 시간이 적어 효과적인 열교환이 이루어지지 못하는 단점이 있었다.

또한, 시즈히터와 냉각수의 방향이 일치하여 유입구측에 위치한 시즈히터에 부하가 크게 걸리고, 배출구측에 위치한 시즈히터에 부하게 상대적으로 적게 걸려 비효율적이며 부품의 내구성이 떨어지고, 고르지 못한 냉각수의 가열방법에 의해 과열이 발생하여 안전하지 못한 문제가 발생했다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

US6820502 (B2)

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 가열장치 내에 냉각수가 체류하는 시간을 증대하여 냉각수를 고르게 가열하면서도 부품의 내구성을 증대시키고 안전성을 확보할 수 있는 전기차량의 냉각수 가열장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기차량의 냉각수 가열장치는 중심측이 코일형상으로 형성된 시즈히터; 하나 이상 구비되고, 하나에는 일측에 냉각수가 유입되는 유입구가 형성되며, 상기 시즈히터를 외측에서 감싸거나, 상기 시즈히터에 감싸지도록 배치되고, 외주면에는 복수의 관통홀이 형성되어 상기 유입구로 유입된 냉각수가 관통홀을 통해 배출되는 내측관; 및 상기 시즈히터와 내측관을 외측에서 감싸고, 일측에는 배출구가 형성되어 상기 시즈히터로부터 가열된 냉각수가 상기 내측관의 관통홀을 통해 유입된 후 상기 배출구를 통해 배출되도록 형성된 외측관;을 포함한다.

상기 내측관은 상기 시즈히터의 내측에 삽입되며, 일측에 유입구가 형성되고 외주면에는 복수의 제1관통홀이 형성되어 냉각수를 배출하는 제1유로관; 및 상기 시즈히터를 외측에서 감싸며, 외주면에는 복수의 제2관통홀이 형성되어 상기 제1관통홀로부터 유입된 냉각수를 상기 외측관으로 배출하는 제2유로관;을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 유입구는 상기 제1유로관의 일측에 형성되고, 상기 배출구는 상기 외측관의 타측에 형성됨으로써 상기 유입구와 배출구가 서로 반대방향에 배치될 수 있다.

상기 복수의 제1관통홀은 상기 제1유로관의 길이방향을 따라 이격되도록 형성되고, 상기 유입구에서 유입구 반대측으로 갈수록 직경이 확장될 수 있다.

상기 복수의 제1관통홀은 냉각수가 흐르는 방향을 따라 이격되도록 형성되고, 상기 제1관통홀은 냉각수 흐름방향의 하류로 갈수록 직경이 확장될 수 있다.

상기 복수의 제2관통홀은 상기 제2유로관의 길이방향을 따라 이격되도록 형성되고, 상기 제1유로관의 유입구 반대측에서 유입구측으로 갈수록 직경이 확장될 수 있다.

상기 복수의 제2관통홀은 냉각수가 흐르는 방향을 따라 이격되도록 형성되고, 상기 제2관통홀은 냉각수 흐름방향의 하류로 갈수록 직경이 확장될 수 있다.

상기 복수의 제1관통홀은 상기 제1유로관의 길이방향을 따라 이격되도록 형성되고, 상기 유입구에서 유입구 반대측으로 갈수록 직경이 확장됨으로써, 상기 유입구로 유입된 냉각수가 유입구에서 유입구 반대측으로 제1흐름이 발생되며, 상기 복수의 제2관통홀은 제2유로관의 길이방향을 따라 이격되도록 형성되고, 상기 유입구 반대측에서 유입구측으로 갈수록 직경이 확장됨으로써, 상기 제1관통홀을 통해 제2유로관으로 유입된 냉각수가 상기 제1흐름과는 반대방향으로 제2흐름이 발생되며, 상기 제2관통홀을 통해 외측관으로 유입된 냉각수가 상기 배출구측으로 배출되도록 제3흐름이 발생될 수 있다.

상기 제2흐름의 하류지점에는 상기 제1흐름의 상류지점인 상기 제1유로관의 제1관통홀에서부터 상대적으로 낮은 온도의 냉각수가 유입되어 혼합됨으로써, 냉각수의 과열이 방지될 수 있다.

상기 제3흐름의 하류지점에는 상기 제2흐름의 상류지점인 상기 제2유로관의 제2관통홀에서부터 상대적으로 낮은 온도의 냉각수가 유입되어 혼합됨으로써, 냉각수의 과열이 방지될 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 전기차량의 냉각수 가열장치에 따르면, 각유로관에 형성된 복수의 관통홀에 의해 냉각수의 흐름에 저항이 발생되어 시즈히터와 열전달 시간이 증대되고, 냉각수의 유동패턴을 제어하여 각 시즈히터별 승온부하를 균등하게 할 수 있는 장점이 있다. 또한, 하우징 간 상대적으로 낮은 온도의 냉각수가 유입되어 혼합되는 냉각수 혼합구간이 발생되도록 하여 균일한 부하를 시즈히터에 제공함으로써, 과열을 방지하여 안전성이 우수하고 시즈히터의 효율이 증대되어 성능이 우수한 냉각수 가열장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차량의 냉각수 가열장치를 도시한 도면.
도 2는 도 1의 A-A선 단면도.
도 3은 도 1의 시즈히터를 도시한 도면.
도 4는 도 1의 제1유로관을 도시한 도면.
도 5는 도 1의 제2유로관을 도시한 도면.
도 6은 도 1의 외측관을 도시한 도면.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기차량의 냉각수 가열장치에 대하여 살펴본다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차량의 냉각수 가열장치를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 A-A선 단면도이다. 또한, 도 3은 도 1의 시즈히터(100)를 도시한 도면이고, 도 4는 도 1의 제1유로관(300)을 도시한 도면이며, 도 5는 도 1의 제2유로관(500)을 도시한 도면이고, 도 6은 도 1의 외측관(700)을 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 2에 도시한 것처럼, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기차량의 냉각수 가열장치는 중심측이 코일형상으로 형성된 시즈히터(100); 하나 이상 구비되고, 하나에는 일측에 냉각수가 유입되는 유입구(310)가 형성되며, 상기 시즈히터(100)를 외측에서 감싸거나, 상기 시즈히터(100)에 감싸지도록 배치되고, 외주면에는 복수의 관통홀(330,510)이 형성되어 상기 유입구(310)로 유입된 냉각수가 관통홀(330,510)을 통해 배출되는 내측관(300,500); 및 상기 시즈히터(100)와 내측관(300,500)을 외측에서 감싸고, 일측에는 배출구(710)가 형성되어 상기 시즈히터(100)로부터 가열된 냉각수가 상기 내측관(300,500)의 관통홀(330,510)을 통해 유입된 후 상기 배출구(710)를 통해 배출되도록 형성된 외측관(700);을 포함한다. 특히, 상기 내측관(300,500)은 상기 시즈히터(100)의 내측에 삽입되며, 일측에 유입구(310)가 형성되고 외주면에는 복수의 제1관통홀(330)이 형성되어 냉각수를 배출하는 제1유로관(300); 및 상기 시즈히터(100)를 외측에서 감싸며, 외주면에는 복수의 제2관통홀(510)이 형성되어 상기 제1관통홀(300)로부터 유입된 냉각수를 상기 외측관(700)으로 배출하는 제2유로관(500);을 포함하여 구성될 수 있다. 본 발명에서는 상기 내측관(300,500)이 상기 제1유로관(300)과 제2유로관(500)으로 형성된 것을 도시하고 설명하나 내측관(300,500)의 개수는 환경이나 설계에 따라 얼마든지 변경가능하며, 특별히 한정하는 것은 아니다.

도 3에 도시한 것처럼, 상기 시즈히터(100)는 와이어로 성형되며 특히, 중심측이 코일형상으로 형성되어 내측에 삽입공간(110)이 형성된다. 이러한 상기 시즈히터(100)는 보다 효율적인 냉각수의 가열을 위하여 이격되어 복수개가 구비될 수 있다.

도 4에 도시한 것처럼, 상기 제1유로관(300)은 파이프형상이되, 일측에는 냉각수가 상기 제1유로관(300)의 내부로 유입되는 상기 유입구(310)가 형성되고, 타측은 폐쇄되도록 형성된다. 상기 제1유로관(300)의 외주면에는 상기 복수의 제1관통홀(330)이 형성된다. 또한, 상기 제1유로관(300)은 상기 시즈히터(100)의 삽입공간(110)에 삽입된다. 상기 복수의 제1관통홀(330)은 상기 제1유로관(300)의 길이방향을 따라 이격되도록 형성되고, 상기 유입구(310)에서 유입구(310) 반대측으로 갈수록 직경이 확장된다. 또는, 상기 복수의 제1관통홀(330)은 냉각수가 흐르는 방향을 따라 이격되도록 형성되고, 상기 제1관통홀(330)은 냉각수 흐름방향의 하류로 갈수록 직경이 확장된다. 따라서, 상기 제1관통홀(330)이 상기한 바와 같이 형성됨으로써, 상기 유입구(310)를 통해 유입된 냉각수가 상기 제1유로관(300)의 제1관통홀(330)을 통해 상기 제2유로관(500)으로 배출됨과 동시에 상기 제1유로관(300) 내부에서 압력의 차이에 의해 상기 제1유로관(300)의 일측에서 타측으로 냉각수가 흐르게 되어 제1흐름(910)이 형성되는 것이다.

도 5에 도시한 것처럼, 상기 제2유로관(500)은 파이프형상이되, 일측에는 상기 제1유로관(300)의 유입구(310)가 관통되는 홀이 형성되고, 타측은 폐쇄되도록 형성된다. 상기 제2유로관(500)의 외주면에는 상기 복수의 제2관통홀(510)이 형성된다. 상기 제2유로관(500)은 상기 제1유로관(300)과 시즈히터(100)를 감싸는 형상으로 형성된다. 따라서, 상기 제1유로관(300)의 제1관통홀(330)에서 배출되는 냉각수가 상기 제2유로관(500)으로 유입된다. 상기 복수의 제2관통홀(510)은 상기 제2유로관(500)의 길이방향을 따라 이격되도록 형성되고, 상기 제1유로관(300)의 유입구(310) 반대측에서 유입구(310)측으로 갈수록 직경이 확장된다. 또는, 상기 복수의 제2관통홀(510)은 냉각수가 흐르는 방향을 따라 이격되도록 형성되고, 상기 제2관통홀(510)은 냉각수 흐름방향의 하류로 갈수록 직경이 확장된다.

그러므로 상기 제2관통홀(510)이 상기한 바와 같이 형성됨으로써, 상기 제1유로관(300)의 제1관통홀(330)을 통해 유입된 냉각수가 상기 제2유로관(500)의 제2관통홀(510)을 통해 상기 외측관(700)으로 배출됨과 동시에 상기 제2유로관(500) 내부에서 압력의 차이에 의해 상기 제2유로관(500)의 타측에서 일측으로 냉각수가 흐르게 되어 제2흐름(930)이 형성되는 것이다. 특히, 상기 유입구(310)는 상기 제1유로관(300)의 일측에 형성되고, 상기 배출구(710)는 상기 외측관(700)의 타측에 형성됨으로써 상기 유입구(310)와 배출구(710)가 서로 반대방향에 배치된다.

도 6에 도시한 것처럼, 상기 외측관(700)은 상기 제2유로관(500)으로부터 이격되고, 상기 제2유로관(500)을 외측에서 감싸는 형상으로 형성된다. 또한, 상기 외측관(700)에는 상기 시즈히터(100)가 관통되는 관통홀(730)이 형성된다. 상기 외측관(700)의 일측에는 상기 유입구(310)가 관통되는 홀이 형성되고, 타측에는 상기 제2유로관(500)의 제2관통홀(510)로부터 유입된 냉각수가 배출되는 상기 배출구(710)가 형성된다. 따라서, 상기 제2유로관(500)의 제2관통홀(510)로부터 유입되는 냉각수가 상기 배출구(710)를 통해 배출되도록 상기 외측관(700)의 일측에서 타측으로 냉각수가 흐르게 되는 제3흐름(950)이 형성된다.

도 2를 통해 냉각수의 흐름에 대해 상세히 설명도록 한다. 먼저, 본 발명의 전기차량의 냉각수 가열장치는 상기 시즈히터(100)에 상기 제1유로관(300)이 삽입되고, 상기 제2유로관(500)에 상기 시즈히터(100)와 제1유로관(300)이 삽입되며, 상기 외측관(700)에 상기 제2유로관(500)이 삽입되되, 상기 시즈히터(100)의 양단부는 전기적 연결을 위하여 상기 제2유로관(500) 및 외측관(700)을 관통하여 외부로 노출되는 형상이다.

그러므로 냉각수의 가열 시 상대적은 낮은 온도의 냉각수가 상기 제1유로관(300)의 유입구(310)로 유입되면, 상기 제1관통홀(330)의 형상에 의해 유동저항이 발생되어 상기 제1유로관(300)의 일측에서 타측으로 냉각수가 이동되면서 상기 제1흐름(910)을 형성하고, 일부는 상기 제1관통홀(330)로 배출된다. 이때, 냉각수는 상기 시즈히터(100)에 의해 가열된다. 또한, 상기 제1관통홀(330)을 통해 상기 제2유로관(500)으로 배출된 냉각수는 상기 제2관통홀(510)의 형상에 의해 유동저항이 발생되어 상기 제2유로관(500)의 타측에서 일측으로 이동되면서 상기 제2흐름(930)을 형성하고, 일부는 상기 제2배출홀로 배출된다. 이때, 냉각수는 상기 시즈히터(100)에 의해 가열된다. 또한, 상기 제2관통홀(510)을 통해 상기 외측관(700)으로 배출되는 냉각수는 상기 외측관(700)을 따라 상기 제3흐름(950)을 형성하며 최종적으로 가열된 냉각수는 상기 배출구(710)로 배출되는 것이다.

이때, 상기 제2유로관(500)에 형성되는 상기 제2흐름(930)의 하류지점에는 상기 제1흐름(910)의 상류지점에 위치한 상기 제1관통홀(330)로부터 냉각수가 배출되어 혼합된다. 상기 제1관통홀(330)로부터 배출되는 상기 제1흐름(910)의 냉각수는 상기 제2흐름(930)의 냉각수 온도에 대비하여 상대적으로 낮은 온도이므로, 냉각수의 과열이 방지되는 효과가 있다. 마찬가지로, 상기 외측관(700)에 형성되는 상기 제3흐름(950)의 하류지점에는 상기 제2흐름(930)의 상류지점에 위치한 상기 제2관통홀(510)로부터 냉각수가 배출되어 혼합된다. 상기 제2관통홀(510)로부터 배출되는 상기 제2흐름(930)의 냉각수는 상기 제3흐름(950)의 냉각수 온도에 대비하여 상대적으로 낮은 온도이므로, 냉각수의 과열이 방지되는 효과가 있다.

따라서, 상기한 바와 같은 본 발명의 전기차량의 냉각수 가열장치에 의하면, 각유로관에 형성된 복수의 관통홀에 의해 냉각수의 흐름에 저항이 발생되어 시즈히터(100)와 열전달 시간이 증대되고, 냉각수의 유동패턴을 제어하여 각 시즈히터(100)별 승온부하를 균등하게 할 수 있는 장점이 있다. 또한, 하우징 간 상대적으로 낮은 온도의 냉각수가 유입되어 혼합되는 냉각수 혼합구간이 발생되도록 하여 균일한 부하를 시즈히터(100)에 제공함으로써, 과열을 방지하여 안전성이 우수하고 시즈히터(100)의 효율이 증대되어 성능이 우수한 냉각수 가열장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

100 : 시즈히터 110 : 삽입공간
300 : 제1유로관 310 : 유입구
330 : 제1관통홀 500 : 제2유로관
510 : 제2관통홀 700 : 외측관
710 : 배출구 730 : 결합홀
910 : 제1흐름 930 : 제2흐름
950 : 제3흐름

Claims

중심측이 코일형상으로 형성된 시즈히터;
하나 이상 구비되고, 하나에는 일측에 냉각수가 유입되는 유입구가 형성되며, 상기 시즈히터를 외측에서 감싸거나, 상기 시즈히터에 감싸지도록 배치되고, 외주면에는 길이방향으로 직경이 확장되며 복수개가 배치된 관통홀이 형성되어 상기 유입구로 유입된 냉각수가 관통홀을 통해 배출되는 내측관; 및
상기 시즈히터와 내측관을 외측에서 감싸고, 일측에는 배출구가 형성되어 상기 시즈히터로부터 가열된 냉각수가 상기 내측관의 관통홀을 통해 유입된 후 상기 배출구를 통해 배출되도록 형성된 외측관;을 포함하는 전기차량의 냉각수 가열장치.
청구항 1에 있어서,
상기 내측관은 상기 시즈히터의 내측에 삽입되며, 일측에 유입구가 형성되고 외주면에는 복수의 제1관통홀이 형성되어 냉각수를 배출하는 제1유로관; 및
상기 시즈히터를 외측에서 감싸며, 외주면에는 복수의 제2관통홀이 형성되어 상기 제1관통홀로부터 유입된 냉각수를 상기 외측관으로 배출하는 제2유로관;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전기차량의 냉각수 가열장치.
청구항 2에 있어서,
상기 유입구는 상기 제1유로관의 일측에 형성되고, 상기 배출구는 상기 외측관의 타측에 형성됨으로써 상기 유입구와 배출구가 서로 반대방향에 배치된 것을 특징으로 하는 전기차량의 냉각수 가열장치.
청구항 2에 있어서,
상기 복수의 제1관통홀은 상기 제1유로관의 길이방향을 따라 이격되도록 형성되고, 상기 유입구에서 유입구 반대측으로 갈수록 직경이 확장되는 것을 특징으로 하는 전기차량의 냉각수 가열장치.
청구항 2에 있어서,
상기 복수의 제1관통홀은 냉각수가 흐르는 방향을 따라 이격되도록 형성되고, 상기 제1관통홀은 냉각수 흐름방향의 하류로 갈수록 직경이 확장되는 것을 특징으로 하는 전기차량의 냉각수 가열장치.
청구항 2에 있어서,
상기 복수의 제2관통홀은 상기 제2유로관의 길이방향을 따라 이격되도록 형성되고, 상기 제1유로관의 유입구 반대측에서 유입구측으로 갈수록 직경이 확장되는 것을 특징으로 하는 전기차량의 냉각수 가열장치.
청구항 2에 있어서,
상기 복수의 제2관통홀은 냉각수가 흐르는 방향을 따라 이격되도록 형성되고, 상기 제2관통홀은 냉각수 흐름방향의 하류로 갈수록 직경이 확장되는 것을 특징으로 하는 전기차량의 냉각수 가열장치.
청구항 2에 있어서,
상기 복수의 제1관통홀은 상기 제1유로관의 길이방향을 따라 이격되도록 형성되고, 상기 유입구에서 유입구 반대측으로 갈수록 직경이 확장됨으로써, 상기 유입구로 유입된 냉각수가 유입구에서 유입구 반대측으로 제1흐름이 발생되며, 상기 복수의 제2관통홀은 제2유로관의 길이방향을 따라 이격되도록 형성되고, 상기 유입구 반대측에서 유입구측으로 갈수록 직경이 확장됨으로써, 상기 제1관통홀을 통해 제2유로관으로 유입된 냉각수가 상기 제1흐름과는 반대방향으로 제2흐름이 발생되며, 상기 제2관통홀을 통해 외측관으로 유입된 냉각수가 상기 배출구측으로 배출되도록 제3흐름이 발생되는 것을 특징으로 하는 전기차량의 냉각수 가열장치.
청구항 8에 있어서,
상기 제2흐름의 하류지점에는 상기 제1흐름의 상류지점인 상기 제1유로관의 제1관통홀에서부터 상대적으로 낮은 온도의 냉각수가 유입되어 혼합됨으로써, 냉각수의 과열이 방지되는 것을 특징으로 하는 전기차량의 냉각수 가열장치.
청구항 8에 있어서,
상기 제3흐름의 하류지점에는 상기 제2흐름의 상류지점인 상기 제2유로관의 제2관통홀에서부터 상대적으로 낮은 온도의 냉각수가 유입되어 혼합됨으로써, 냉각수의 과열이 방지되는 것을 특징으로 하는 전기차량의 냉각수 가열장치.