KR102448879B1 - 자동차용 통합 열관리 장치 - Google Patents

Abstract

전기자동차의 주요 부품에 열공급 또는 열흡수를 위한 자동차용 통합 열관리 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 자동차용 통합 열관리 장치는 복수개의 유체 통로가 한 쌍의 교차점을 중심으로 연결된 밸브 몸체; 상기 밸브 몸체의 각 교차점에 축방향을 중심으로 회전 가능하게 설치되고 회전됨에 따라 상기 복수개의 유체 통로의 연결을 변화시킴으로써 유체의 흐르는 방향을 제어하는 한 쌍의 밸브 작동체; 상기 밸브 몸체를 흐르는 유체의 흐름을 제어하도록 상기 한 쌍의 밸브 작동체를 회전시키는 밸브 구동부; 상기 밸브 구동부의 반대편에 상기 한 쌍의 교차점을 덮도록 상기 밸브 몸체에 결합되고, 상기 한 쌍의 교차점으로부터 유체가 유입된 다음 각 출력 포트로 토출되도록 압력을 발생시키는 임펠러가 설치된 펌프부;를 포함할 수 있다.

Description

자동차용 통합 열관리 장치{INTEGRATED THERMAL MANAGEMENT APPATATUS FOR VEHICLE}

본 발명은 열 관리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전기자동차의 주요 부품에 열공급 또는 열흡수를 위한 자동차용 통합 열관리 장치에 관한 것이다.

일반적으로 전기 자동차는 구동력을 전기 에너지로부터 얻는 차량이다. 이러한 전기 자동차는 모터 또는 배터리 등에서 발생되는 열을 냉각시키는 자동차의 냉각 시스템과 차량 내부의 온도를 조절하기 위한 자동차의 공조 시스템을 이용하고 있다.

자동차의 냉각 시스템과 공조 시스템과 같은 자동차의 유체 순환 시스템에는 유체 순환 및 유량을 제어하는 밸브 조립체가 설치된다. 밸브 조립체는 2개 이상의 포트가 결합되는 밸브 하우징과, 밸브 하우징의 내부에서 회전하여 2개 이상의 포트를 선택적으로 개폐하는 밸브와, 밸브를 회전시키는 액추에이터를 포함한다. 그리고, 밸브 조립체는 유체를 순환시키도록 하기 위해 별도로 구비된 워터펌프와 연결된다.

종래의 자동차의 유체 순환 시스템은 유체의 흐름을 제어하기 위해 복수의 순환 경로의 분기점마다 복수의 밸브 조립체를 사용하고 있다. 복수의 밸브 조립체를 개별적으로 제어하는 방법은 유체의 흐름을 정밀하게 제어하기에 불편하고, 비용이 증가하는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 복수개의 밸브를 동시에 제어하고 이를 통하여 다양한 열관리 모드를 제공함으로써 유체의 흐름의 제어를 개선할 수 있는 자동차용 통합 열관리 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일측면에 따른 자동차용 통합 열관리 장치는, 복수개의 유체 통로가 한 쌍의 교차점을 중심으로 연결된 밸브 몸체; 상기 밸브 몸체의 각 교차점에 축방향을 중심으로 회전 가능하게 설치되고 회전됨에 따라 상기 복수개의 유체 통로의 연결을 변화시킴으로써 유체의 흐르는 방향을 제어하는 한 쌍의 밸브 작동체; 상기 밸브 몸체를 흐르는 유체의 흐름을 제어하도록 상기 한 쌍의 밸브 작동체를 회전시키는 밸브 구동부; 및 상기 밸브 구동부의 반대편에 상기 한 쌍의 교차점을 덮도록 상기 밸브 몸체에 결합되고, 상기 한 쌍의 교차점으로부터 유체가 유입된 다음 각 출력 포트로 토출되도록 압력을 발생시키는 임펠러가 설치된 펌프부;를 포함할 수 있다.

이때, 상기 한 쌍의 교차점은 원통형의 공간으로 형성될 수 있다.

이때, 상기 밸브 작동체는 원통형으로 형성되고 일부가 절개된 개방부가 형성될 수 있다.

이때, 상기 임펠러는 상기 밸브 작동체의 축방향과 평행한 방향으로 회전축을 가질 수 있다.

이때, 상기 출력 포트로 연결되는 유체 통로는 나선 형태로 이루어질 수 있다.

이때, 상기 한 쌍의 밸브 작동체의 회전축은 서로 평행하게 설치되고, 상기 회전축에는 각각 피니언이 연결되고, 상기 피니언 사이에는 상기 밸브 구동부의 구동 기어가 피니언들에 물리도록 설치됨으로써 상기 구동 기어가 구동 회전하면 상기 피니언들이 동기 회전될 수 있다.

이때, 상기 한 쌍의 교차점에는 각각 90도 각도로 형성된 3개의 연결 통로가 연통되도록 이루어질 수 있다.

이때, 상기 밸브 작동체는 원통형으로 형성되고 일부가 절개된 개방부와 유체 통로를 막는 폐쇄부가 각각 180도에 걸쳐 형성될 수 있다.

이때, 상기 밸브 작동체의 초기 세팅 위치는 상기 밸브 작동체 사이를 중심으로 서로 대칭되는 형태로 상기 개방부와 폐쇄부가 위치할 수 있다.

이때, 상기 출력 포트와 연결되어 유체의 흐름을 분기시키는 분기부를 더 포함하고, 상기 분기부는 상기 출력 포트와 일단이 연통되는 제1 관, 및 상기 제1 관의 타단으로부터 분기되는 제2 관 및 제3 관을 포함할 수 있다.

이때, 상기 밸브 몸체의 유체 통로와 상기 분기부에 형성된 포트들은 냉각수 탱크, 칠러, 전장부, 배터리, 전장부 라디에이터, 배터리 라디에이터 중에 선택되는 어느 하나와 연결될 수 있다.

이때, 상기 밸브 몸체와 상기 밸브 구동부 사이에는 실링성 및 내구성 향상을 위하여 스틸 브래킷이 설치될 수 있다.

이때, 상기 펌프부, 밸브 몸체, 스틸 브래킷, 그리고 상기 밸브 구동부는 하나의 볼팅이 전체를 결합시킬 수 있도록 피팅될 수 있다.

상기의 구성에 따라, 본 발명에 따른 자동차용 통합 열관리 장치는, 한 쌍의 밸브를 하나의 액추에어터와 하나의 모터를 제어함으로써 8가지의 열관리 모드를 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 통합 열관리 장치의 사시도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 통합 열관리 장치의 서로 다른 방향에서 바라본 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 통합 열관리 장치의 일부 구성요소인 밸브 작동체와 밸브 구동부의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 통합 열관리 장치의 일부 구성요소인 펌프부의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 통합 열관리 장치의 일부 구성요소인 밸브 몸체의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 통합 열관리 장치의 일부 구성요소인 밸브 작동체와 밸브 구동부의 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 통합 열관리 장치의 열 관리 모드 중 냉각 모드를 보여주는 밸브 몸체의 단면도이다.
도 9와 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 통합 열관리 장치의 열 관리 모드 중 난방 모드를 보여주는 밸브 몸체의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 통합 열관리 장치의 열 관리 모드 중 승온 모드를 보여주는 밸브 몸체의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 통합 열관리 장치의 열 관리 모드 중 냉각 모드를 보여주는 밸브 몸체의 단면도이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 단어와 용어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 않고, 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 발명자가 용어와 개념을 정의할 수 있는 원칙에 따라 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

그러므로 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 해당하고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로 해당 구성은 본 발명의 출원시점에서 이를 대체할 다양한 균등물과 변형예가 있을 수 있다.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 설명하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "전방", "후방", "상부" 또는 "하부"에 있다는 것은 특별한 사정이 없는 한 다른 구성 요소와 바로 접하여 "전방", "후방", "상부" 또는 "하부"에 배치되는 것뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 구성 요소가 배치되는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소와 "연결"되어 있다는 것은 특별한 사정이 없는 한 서로 직접 연결되는 것뿐만 아니라 간접적으로 서로 연결되는 경우도 포함한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자동차용 통합 열관리 장치(1)를 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 통합 열관리 장치(1)는, 도 1 내지 도 12를 참고하면, 밸브 몸체(10), 밸브 작동체(80), 밸브 구동부, 펌프부, 분기부(10a, 10b)를 포함한다.

상기 밸브 몸체(10)는, 도 2 및 도 3을 참고하면, 복수개의 유체 통로가 한 쌍의 교차점(17a, 17b)을 중심으로 연결될 수 있다.

이때, 상기 한 쌍의 교차점(17a, 17b)은 원통형의 공간으로 형성될 수 있다. 물론 상기 한 쌍의 교차점(17a, 17b)에 장착되는 밸브 작동체(80) 또한 원통형으로 이루어져 유체의 흐름을 제어할 수 있을 것이다.

이때, 상기 한 쌍의 교차점(17a, 17b)은 원통형 공간으로 형성되되, 상기 밸브 작동체(80)의 회전축(81c, 82c)과 평행한 형태로 형성될 수 있다.

이때, 상기 한 쌍의 교차점(17a, 17b)에는 각각 90도 각도로 형성된 3개의 연결 통로가 연통되도록 이루어질 수 있다. 여기서 상기 밸브 작동체(80)의 회전에 의해 3개의 연결 통로 중에 한 개의 연결 통로를 폐쇄함으로써 유체의 흐름을 제어하게 된다.

이때, 상기 한 쌍의 교차점(17a, 17b)에 각각 형성되는 연결 통로는 도 1을 기준으로 상부와 하부에 각각 입력 포트(11a, 11b, 12a, 12b)가 형성되어 상부에 2개, 하부에 2개 형성되어 4개의 입력 포트가 형성된다. 여기서 예를 들면, 상기 상부의 입력 포트(11a, 11b)에는 냉각수 탱크(100)가 연결되어 냉각수가 유입될 수 있도록 되어 있고, 하부의 입력 포트(12a, 12b)에는 칠러(150)가 연결될 수 있다.

이때, 상하부 입력 포트(11a, 11b, 12a, 12b)들과 90도 각도로 밸브 구동부 반대 방향으로 임펠러(23) 압력에 의해 유체가 흡입되는 흡입 통로(22a, 22b)가 형성되어 있다. 따라서 임펠러(23)의 작동에 의해 상부 입력 포트(11a, 11b) 또는 하부 입력 포트(12a, 12b)로 유입된 유체는 무조건 흡입 통로(22a, 22b)를 통하여 출력 포트(21a, 21b)로 토출되도록 되어 있다.

이러한 구조를 제공함으로써, 2개의 임펠러(23)와, 2개의 밸브 작동체(80)를 제어함으로써 8가지 열관리 모드 구현이 가능하게 된다.

상기 한 쌍의 밸브 작동체(80)는, 도 7을 참고하면, 상기 밸브 몸체(10)의 각 교차점(17a, 17b)에 축방향을 중심으로 회전 가능하게 설치되고 회전됨에 따라 상기 복수개의 유체 통로(11a, 11b, 12a, 12b, 22a, 22b)의 연결을 변화시킴으로써 유체의 흐르는 방향을 제어할 수 있다.

이때, 상기 한 쌍의 교차점(17a, 17b)은 원통형의 공간으로 형성될 수 있고, 상기 밸브 작동체(80)는 원통형으로 형성되고 일부가 절개된 개방부(81b, 82b)가 형성될 수 있다.

이때, 상기 밸브 작동체(80)는 원통형으로 형성되고 일부가 절개된 개방부(81b, 82b)와 유체 통로를 막는 폐쇄부(81a, 81b)가 각각 180도에 걸쳐 형성될 수 있다.

이때, 상기 밸브 작동체(80)의 초기 세팅 위치는 상기 밸브 작동체(80) 사이를 중심으로 서로 대칭되는 형태로 상기 개방부(81b, 82b)와 폐쇄부(81a, 82a)가 위치하도록 세팅될 수 있다.

이때, 상기 밸브 작동체(80)의 후방에는 피니언(62, 63)에 결합되는 회전축(81c, 82c)이 형성되어 있고 유체가 흐를 수 없도록 실링 부재를 구비하여 밀폐되어 있으며, 전방은 상기 임펠러(23) 쪽의 흡입 통로(22a, 22b)와 연통된다. 따라서 피니언(62, 63)의 회전에 의해 밸브 작동체(80) 또한 동기 회전하게 되고, 피니언(62, 63)의 회전을 제어하면 밸브 작동체(80)의 작동도 제어될 것이다.

이때, 상기 한 쌍의 밸브 작동체(80)의 회전축(81c, 82c)은 서로 평행하게 설치되고, 상기 회전축(81c, 82c)에는 각각 피니언(62, 63)이 연결되고, 상기 피니언(62, 63) 사이에는 상기 밸브 구동부의 구동 기어(61)가 피니언(62, 63)들에 물리도록 설치됨으로써 상기 구동 기어(61)가 구동 회전하면 상기 피니언(62, 63)들이 동기 회전될 수 있다. 따라서 상기 한 쌍의 밸브 작동체(80)는 구동 기어(61)의 구동에 의해 구동되되, 동기 회전되어 회전되는 방향과 각도가 동일하게 작동될 것이다.

상기 밸브 구동부는, 도 2 내지 도 4를 참고하면, 상기 밸브 몸체(10)를 흐르는 유체의 흐름을 제어하도록 상기 한 쌍의 밸브 작동체(80)를 회전시킬 수 있다.

이때, 상기 밸브 구동부는 구동 기어(61)와 구동 기어(61)를 구동 제어하는 액추에이터를 포함할 수도 있다.

이때, 상기 밸브 구동부는 모터, 기어 세트, 그리고 구동 기어(61)를 포함할 수 있다. 이러한 밸브 구동부는 통상의 모터를 이용하는 구동부를 적용할 수 있을 것이다.

이때, 상기 모터의 구동력은 기어 세트를 매개로 구동 기어(61)에 전달될 것이다.

이때, 상기 구동 기어(61)의 양쪽에는 피니언(62, 63)이 치합되어 있고, 구동 기어(61)의 회전 구동에 따라 한 쌍의 피니언(62, 63)의 구동은 동기화되어 작동되는 것은 전술한 바와 같다.

이때, 상기 밸브 구동부 쪽으로 유체가 흐를 수 없도록 실링 부재가 설치되어 실링 구조를 갖는 것은 물론이다.

상기 펌프부는, 도 2 내지 도 4를 참고하면, 상기 밸브 구동부의 반대편에 상기 한 쌍의 교차점(17a, 17b)을 덮도록 상기 밸브 몸체(10)에 결합되고, 상기 한 쌍의 교차점(17a, 17b)으로부터 유체가 유입된 다음 각 출력 포트(21a, 21b)로 토출되도록 압력을 발생시키는 임펠러(23)가 설치될 수 있다.

이때, 상기 임펠러(23)는 상기 밸브 작동체(80)의 축방향과 평행한 방향으로 회전축을 가질 수 있을 것이다.

이때, 상기 출력 포트(21a, 21b)로 연결되는 유체 통로는 나선 형태로 이루어질 수 있다.

따라서 상기 임펠러(23)가 회전함에 따라 유체가 출력 포트(21a, 21b)를 통과하여 토출되고, 동시에 그 압력 변화에 따라 밸브 작동체(80)의 내측으로 들어오는 유체는 밸브 작동체(80) 내측 공간으로부터 임펠러(23) 방향으로 흡입되어 이송될 것이다.

여기서 한 쌍의 임펠러(23)는 서로 반대 방향으로 회전될 수 있도록 되어 있다.

상기 분기부(10a, 10b)는, 도 2 및 도 3을 참고하면, 상기 출력 포트(21a, 21b)와 연결되어 유체의 흐름을 분기시킬 수 있다.

이때, 상기 분기부(10a, 10b)는 상기 출력 포트(21a, 21b)와 일단이 연통되는 제1 관(14a, 14b), 및 상기 제1 관(14a, 14b)의 타단으로부터 분기되는 제2 관(15a, 15b) 및 제3 관(16a, 16b)을 포함할 수 있다.

이때, 상기 분기부(10a, 10b)는 한 쌍으로 형성될 수 있다.

이때, 상기 밸브 몸체(10)의 유체 통로와 상기 분기부(10a, 10b)에 형성된 포트들은 도 12를 참고하면, 냉각수 탱크(100), 칠러(150), 전장부(110), 배터리(130), 전장부 라디에이터(120), 배터리 라디에이터(140) 중에 선택되는 어느 하나와 연결될 수 있다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 자동차용 통합 열관리 장치(1)의 외관이 도시되어 있다. 도면에서 전방으로부터 모터 케이스(90), 기어박스(60, 70), 밸브 몸체(10), 펌프부, PCB 커버(40)가 조립되어 있다. 중앙의 수직면을 기준으로 양쪽의 부품들이 대부분 한 쌍을 이루도록 대칭으로 형성되어 있다.

도 2 및 도 3의 분해 사시도를 참고하여 각 부품의 구조를 설명한다. 도 1을 기준으로 전방의 구성요소부터 순서대로 설명한다.

이때, 모든 부품들은 어셈블리를 이루게 되고, 상기 펌프부(20), 밸브 몸체(10), 스틸 브래킷(50), 그리고 상기 밸브 구동부(60, 70)를 포함하는 하나의 어셈블리로서, 하나의 볼팅이 전체를 한꺼번에 결합시키는 방식으로 복수개의 볼팅에 의해 피팅될 수도 있다.

상기 모터 케이스(90)는 내부에 모터와 기어 세트를 포함할 수 있다. 모터는 제어 신호에 의해 구동될 것이고, 모터의 구동력은 기어 세트를 거쳐 구동 기어(61)에 전달될 것이다. 여기서 내부의 모터와 기어 세트는 도시되어 있지 않다.

상기 모터 케이스(90) 후방에는 기어 박스(60, 70)가 조립되고, 기어 박스(60, 70)에는 중앙에 하나의 구동 기어(61)가 위치하고, 양쪽에 피니언(62, 63)이 구동 기어(61)에 치합되도록 설치되어 있다. 따라서 구동 기어(61)의 회전에 따라 피니언(62, 63)이 종동 기어로서 전술한 바와 같이 동기 회전하게 된다.

상기 기어 박스(60, 70)와 밸브 몸체(10) 사이에는 브래킷(50)이 조립된다. 이때 상기 브래킷(50)과 밸브 몸체(10) 사이는 실링부재가 설치되어 유체가 기어 박스(60, 70) 쪽으로 흐르는 것을 방지하도록 되어 있다.

상기 밸브 몸체(10)가 상기 브래킷(50)의 후방에 조립된다. 밸브 몸체(10)도 대칭 형태로 이루어지고, 한 쌍의 교차점(17a, 17b)에는 각각 상기 밸브 작동체(80) 삽입 설치된다.

이때, 상기 브래킷(50)은 스틸 재질로 이루어지고, 상기 밸브 몸체(10)와 상기 밸브 구동부 사이에 설치됨으로써 실링성 및 내구성 향상을 도모할 수 있다.

이때, 상기 밸브 작동체(80)는 전후방 방향에 대하여 회전축이 평행하도록 설치될 수 있다. 밸브 작동체(80)의 전방에는 피니언(62, 63)에 조립되기 위한 회전축(81c, 82c)이 돌출되어 있다. 밸브 작동체(80)는 이러한 회전축을 중심으로 교차점에서 회전함으로써 유체의 흐름을 제어하게 된다.

이때, 상기 밸브 몸체(10)의 상하부에는 각각 상하부 입력 포트(11a, 11b, 12a, 12b)가 형성되어 있고, 이러한 상하부 입력 포트(11a, 11b, 12a, 12b)를 통하여 유체가 흡입될 것이다.

이때, 상기 밸브 몸체(10) 양단에는 각각 분기부(10a, 10b)가 조립되어 있다. 그러나 분기부(10a, 10b)는 밸브 몸체(10)의 내부와 직접 유체 통로를 통하여 연결되는 것이 아니기 때문에 다른 부품에 의해 지지되도록 설치될 수 있음은 물론이다.

상기 밸브 몸체(10) 후방에는 펌프부가 조립된다. 펌프부는 전방 케이스(20b)와 후방 케이스(20a)가 조립되고, 내부에는 임펠러(23)가 설치될 것이다. 임펠러(23)의 회전에 의해 발생된 유체의 흐름은 출력 포트(21a, 21b)를 통하여 토출될 것이다. 결국, 상기 임펠러(23)가 발생시키는 유체 압력에 의해 상기 밸브 몸체(10)의 상하부 입력 포트(11a, 11b, 12a, 12b)를 통하여 흡입된 유체는 펌프부의 전방 케이스(20b)의 유체 통로(22a)를 따라 흡입된 다음 나선 형태의 이동 경로를 형성하면서 방향이 바뀌면서 출력 포트(21a, 21b)를 통하여 토출될 것이다.

상기 펌프부의 후방은 실링되고, PCB(30)가 PCB 커버(40)에 의해 조립된다. 전체 작동의 제어는 PCB(30)에 의해 이루어질 것이다.

도 4를 참고하면, 유체의 흐름을 알 수 있다. 밸브 몸체(10)의 상하부 포트(11a, 11b, 12a, 12b)로 흡입된 유체는 밸브 작동체(80)의 제어에 의해 개방부(81b, 82b)를 통과한 유체만 펌프부의 유체 통로(22a, 22b)를 통과한 다음 각 출력 포트(21a, 21b)를 통하여 토출될 것이다.

도 5를 참고하면, 밸브 몸체(10)와 연결된 펌프부가 도시되어 있다. 펌프부 케이스(20) 전방에는 두 개의 유체 통로(22a, 22b)가 형성되어 밸브 몸체(10)로부터 흡입되는 유체가 통과할 수 있도록 되어 잇다. 펌프부 케이스(20) 내부로 흡입된 유체는 케이스(20) 후방이 밀폐되어 있기 때문에 출력 포트(21a, 21b)로만 토출될 것이다.

도 6을 참고하면, 밸브 몸체(10)의 단면이 도시되어 있다. 밸브 작동체(80)는 전후방 방향으로 설치되어 있기 때문에 단면상 180도의 폐쇄부(81a, 82a)만 해칭되어 도시되어 있다. 도면에서 상하부 입력 포트(11a, 11b, 12a, 12b) 중에 하부 포트(12a, 12b)는 모두 막혀 있고, 상부 입력 포트(11a, 11b)는 개방되어 상부 입력 포트(11a, 11b)로만 유체가 흡입될 수 있는 상태이다. 흡입된 유체는 전후방 방향을 따라 펌프부로 흡입될 것이다.

이때, 상기 분기부(10a, 10b)의 구조를 볼 수 있다. 제1 분기관(14a, 14b)으로 흡입된 유체는 두 개로 분기되는 제2 분기관(15a, 15b) 또는 제3 분기관(16a, 16b)을 통하여 토출될 것이다. 이때 상측 방향으로 형성된 작은 직경의 관은 상시 열려 있고, 유체의 주입, 배출 및 공기 빼기 등에 사용된다.

도 7을 참고하면, 기어 박스(60, 70)의 구성과 밸브 작동체(80)의 연결을 보여준다. 밸브 작동체(80)는 원통형 형태로 내부가 비어 있는 형태이고, 회전축(81b, 82b)이 있는 쪽은 막혀 있게 되고, 반대 쪽을 개방되어 펌프부의 임펠러(23)와 연통되도록 되어 있다. 또한 밸브 작동체(80)의 측면에는 180도로 개방부(81b, 82b)와 폐쇄부(81a, 82a)가 형성되어 있기 때문에 이를 통해 상하부 입력 포트(11a, 11b, 12a, 12b)와의 연통을 제어할 수 있게 된다.

이때, 상기 밸브 작동체(80)의 회전축(81c, 82c)은 기어 박스(60, 70) 내부에 설치된 피니언(62, 63)에 각각 삽입 연결되고, 피니언(62, 63)의 회전에 의해 밸브 작동체(80)도 회전하게 된다.

이때, 한 쌍의 피니언(62, 63) 사이에는 전술한 바와 같이 구동 기어(61)가 연결되고, 그 결과 동기 회전하게 된다.

도 8 내지 11에는 8가지의 열관리 모드가 도시되어 있다. 이러한 열관리 모드를 도 12의 구성도를 참고하여 설명한다.

도 12를 참고하면, 상부 입력 포트(11a, 11b)에는 각각 냉각수 탱크(100)가 연결되어 냉각수가 각각 공급될 수 있도록 되어 있다. 상기 하부 입력 포트(12a, 12b)에는 통합 칠러(150)가 각각 연결되어 있다.

이때, 자동차용 통합 열관리 장치를 전후 방향을 따라 중앙을 수직면으로 나누게 되면 양쪽은 대칭을 이루게 되는데, 도 12를 기준으로 좌측은 전장부 루트, 우측은 배터리 루트로 설명이 가능하다. 여기서는 좌측과 우측으로 명명하여 설명한다.

이때, 자동차용 통합 열관리 장치의 좌측에는 전장부(110)와 전장부 라디에이터(120)가, 우측에는 배터리(130)와 배터리 라디에이터(140)가 연결될 수 있다.

이때, 펌프부인 두 개의 전자 워터 펌프의 임펠러(23)의 제어와 좌우 측의 밸브 작동체(80)의 제어에 의해 총 8가지 열관리 모드가 가능하게 된다.

이때, 본 발명에 일 실시예에 따른 자동차용 통합 열관리 장치는 3가지 냉각 모드, 4가지 난방 모드, 그리고 한 가지 승온 모드를 제공할 수 있다.

도 8과 도 12를 참고하면, 냉각 모드가 도시되어 있다.

도 8의 (a), (b) 초기 세팅 위치로서, 밸브 작동체(80)의 초기 세팅 위치이다. 이때 하부 입력 포트(12a, 12b)는 막혀 있는 상태이다.

제1 모드는 냉각 모드로서, 도 8의 (a)의 상태이다. 즉 밸브 작동체(80)는 초기 세팅 위치이고, 좌측 임펠러(23)는 온 상태이고 우측 임펠러(23)는 오프 상태이다. 도 12에서 좌측 임펠러(23)의 압력에 의해 냉각수 탱크(100)의 냉각수가 좌측 상부 입력 포트(11a)로 흡입되고, 밸브 작동체(80)를 거쳐 좌측 출력 포트(21a)로 출력된 다음 전장부(110)를 통과하면서 열교환 하게 된다. 그 다음, 좌측 제1 분기관(14a)과 제2 분기관(14b)을 거쳐 전장부 라디에이터(120)를 통과하면서 열교환 한 후, 냉각수 탱크(100)로 복귀한다. 제어 신호에 의해 조건이 만족될 때까지 냉각을 진행한다. 이때 우측의 임펠러(23)는 오프 상태이기 때문에 배터리(130)와 배터리 라디에이터(140)의 냉각은 이루어지지 않는다.

제2 모드는 냉각 모드로서, 도 8의 (b)의 상태이다. 즉 밸브 작동체(80)는 초기 세팅 위치이고, 좌우측 임펠러(23)는 모두 온 상태이다. 도 12에서 제1 모드와 같이 전장부(110)와 전장부 라디에이터(120)의 냉각이 이루어진다. 동시에 우측 임펠러(23)의 압력에 의해 냉각수 탱크(100)의 냉각수가 우측 상부 입력 포트(11b)로 흡입되고, 밸브 작동체(80)를 거쳐 우측 출력 포트(21b)로 출력된 다음 배터리(130)를 통과하면서 열교환 하게 된다. 그 다음, 우측 제1 분기관(14b)과 제2 분기관(15b)을 거쳐 배터리 라디에이터(140)를 통과하면서 열교환 한 후, 냉각수 탱크(100)로 복귀한다. 제어 신호에 의해 조건이 만족될 때까지 냉각을 진행하는 것은 동일하다. 이때 좌우측의 임펠러(23)가 모두 온 상태이기 때문에 전장부(110), 전장부 라디에이터(120), 배터리(130), 그리고 배터리 라디에이터(140)의 냉각이 전체적으로 이루어지게 된다.

제3 모드는 냉각 모드로서, 도 8의 (c)의 상태이다. 밸브 작동체(80)는 초기 세팅 위치에서 도 8을 기준으로 시계방향으로 90도 회전된 상태이다. 물론 한 쌍의 밸브 작동체(80)는 모두 동일하게 90도 회전된 상태이다. 따라서 좌측 상부 포트(11a)는 개방을 유지하고 우측 하부 포트(12b)가 개방된다. 따라서 도 12에서 제1 모드와 같이 전장부(110)와 전장부 라디에이터(120)의 냉각이 이루어진다. 동시에 우측 임펠러(23)의 압력에 의해 칠러(150)의 냉각 유체가 우측 하부 입력 포트(12b)로 흡입되고, 밸브 작동체(80)를 거쳐 우측 출력 포트(21b)로 출력된 다음 배터리(130)를 통과하면서 열교환 하게 된다. 그 다음, 우측 제1 분기관(14b)과 제2 분기관(15b)을 거쳐 배터리 라디에이터(140)를 통과하면서 열교환 한 후, 칠러(150)로 복귀한다. 제어 신호에 의해 조건이 만족될 때까지 냉각을 진행하는 것은 동일하다. 이때 좌우측의 임펠러(23)가 모두 온 상태이기 때문에 전장부(110), 전장부 라디에이터(120), 배터리(130), 그리고 배터리 라디에이터(140)의 냉각이 전체적으로 이루어지게 된다.

제4 모드는 난방 모드로서, 도 9의 (d)의 상태이다. 밸브 작동체(80)는 초기 세팅 위치 상태이다. 따라서 좌우측 상부 포트(11a, 11b)가 개방된다. 또한 좌우측 임펠러(23)는 오프 상태이다. 도 12에서 냉각수가 흐르는 것이 아니라 공기 열원에 의해 열 전달이 이루어져 난방이 수동적으로 진행된다.

제5 모드는 난방 모드로서, 도 9의 (e)의 상태이다. 밸브 작동체(80)는 초기 세팅 위치에서 모두 반시계 방향으로 90도 회전된 상태이다. 따라서 좌측은 하부 포트(12a)가, 우측은 상부 포트(11b)가 개방된다. 또한 좌측 임펠러(23)는 온, 우측 임펠러(23)는 오프 상태이다. 도 12에서 공기와 전장부(110) 폐열에 의해 난방이 이루어진다.

제6 모드는 난방 모드로서, 도 10의 (f)의 상태이다. 밸브 작동체(80)는 초기 세팅 위치에서 시계방향으로 90도 모두 회전된 상태이다. 따라서 좌측 상부 포트(11a)가 개방되고, 우측 하부 포트(12b)가 개방된다. 또한 좌측 임펠러(23)는 오프, 우측 임펠러(23)는 온 상태이다. 도 12에서 공기와 배터리(130) 폐열에 의한 난방이 이루어진다.

제7 모드는 난방 모드로서, 도 10의 (g)의 상태이다. 밸브 작동체(80)는 초기 세팅 위치에서 모두 180도 회전된 상태이다. 따라서 좌우측 하부 포트(12a, 12b)가 모두 개방된 상태이다. 또한 좌우측 임펠러(23) 모두 온 상태이다. 공기, 전장부(110), 그리고 배터리(130) 폐열 모두에 의해 난방이 이루어진다.

제8 모드는 승온 모드로서, 도 11의 (h)의 상태이다. 밸브 작동체(80)는 초기 세팅 위치에서 시계방향으로 모두 90도 회전한 상태이고, 좌측 상부 포트(11a)와 우측 하부 포트(12b)가 개방된 상태이다. 그리고 좌측 임펠러(23)는 오프, 우측 임펠러(23)는 온 상태이다.

이와 같이, 본 발명에 따르면 한 쌍의 밸브 작동체(80)와 한 쌍의 임펠러(23)를 사용하여 8가지 열 관리 모드의 구현이 가능하다.

본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시예에 의해 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

1 : 자동차용 통합 열관리 장치
10 : 밸브 몸체 11a : 좌측 상부 입력 포트
11b : 우측 상부 입력 포트 12a : 좌측 하부 입력 포트
12b : 우측 하부 입력 포트 14a : 좌측 제1 분기관
14b : 우측 제1 분기관 15a : 좌측 제2 분기관
15b : 우측 제2 분기관 16a : 좌측 제3 분기관
16b : 우측 제3 분기관 20 : 펌프 케이스
21a, 21b : 출력 포트 30 : PCB
40 : PCB 커버 50 : 브래킷
60, 70 : 기어 박스 61 : 구동 기어
62, 63 : 피니언 80 : 밸브 작동체
81a, 82a : 폐쇄부 81b, 82b : 개방부
81c, 82c : 회전축 90 : 모터 케이스

Claims (13)

1. 복수개의 유체 통로가 한 쌍의 교차점을 중심으로 연결된 밸브 몸체;
   상기 밸브 몸체의 각 교차점에 축방향을 중심으로 회전 가능하게 설치되고 회전됨에 따라 상기 복수개의 유체 통로의 연결을 변화시킴으로써 유체의 흐르는 방향을 제어하는 한 쌍의 밸브 작동체;
   상기 밸브 몸체를 흐르는 유체의 흐름을 제어하도록 상기 한 쌍의 밸브 작동체를 회전시키는 밸브 구동부;
   상기 밸브 구동부의 반대편에 상기 한 쌍의 교차점을 덮도록 상기 밸브 몸체에 결합되고, 상기 한 쌍의 교차점으로부터 유체가 유입된 다음 각 출력 포트로 토출되도록 압력을 발생시키는 임펠러가 설치된 펌프부;를 포함하고,
   상기 한 쌍의 교차점은 원통형의 공간으로 형성되고, 상기 밸브 작동체는 원통형으로 형성되고 일부가 절개된 개방부가 형성되며,
   상기 한 쌍의 밸브 작동체의 회전축은 서로 평행하게 설치되고, 상기 회전축에는 각각 피니언이 연결되고, 상기 피니언 사이에는 상기 밸브 구동부의 구동 기어가 피니언들에 물리도록 설치됨으로써 상기 구동 기어가 구동 회전하면 상기 피니언들이 동기 회전되고,
   상기 출력 포트와 연결되어 유체의 흐름을 분기시키는 분기부를 더 포함하고, 상기 분기부는 상기 출력 포트와 일단이 연통되는 제1 관, 및 상기 제1 관의 타단으로부터 분기되는 제2 관 및 제3 관을 포함하며, 상기 밸브 몸체의 유체 통로와 상기 분기부에 형성된 포트들은 냉각수 탱크, 칠러, 전장부, 배터리, 전장부 라디에이터, 배터리 라디에이터 중에 선택되는 어느 하나와 연결됨으로써, 3가지 냉각 모드, 4가지 난방 모드, 그리고 한 가지 승온 모드를 제공하는, 자동차용 통합 열관리 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1 항에 있어서,
   상기 임펠러는 상기 밸브 작동체의 축방향과 평행한 방향으로 회전축을 갖는, 자동차용 통합 열관리 장치.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 출력 포트로 연결되는 유체 통로는 나선 형태로 이루어진, 자동차용 통합 열관리 장치.
6. 삭제
7. 제1 항에 있어서,
   상기 한 쌍의 교차점에는 각각 90도 각도로 형성된 3개의 연결 통로가 연통되도록 이루어진, 자동차용 통합 열관리 장치.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 밸브 작동체는 원통형으로 형성되고 일부가 절개된 개방부와 유체 통로를 막는 폐쇄부가 각각 180도에 걸쳐 형성된, 자동차용 통합 열관리 장치.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 밸브 작동체의 초기 세팅 위치는 상기 밸브 작동체 사이를 중심으로 서로 대칭되는 형태로 상기 개방부와 폐쇄부가 위치하는, 자동차용 통합 열관리 장치.
10. 삭제
11. 삭제
12. 제1 항에 있어서,
    상기 밸브 몸체와 상기 밸브 구동부 사이에는 실링성 및 내구성 향상을 위하여 스틸 브래킷이 설치된, 자동차용 통합 열관리 장치.
13. 제12 항에 있어서,
    상기 펌프부, 상기 밸브 몸체, 상기 스틸 브래킷, 그리고 상기 밸브 구동부는 하나의 볼팅이 전체를 결합시킬 수 있도록 피팅된, 자동차용 통합 열관리 장치.

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