KR20100103891A - 하이브리드 자동차용 쿨링모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하이브리드 자동차에 사용되는 쿨링모듈에 관한 것으로, 하이브리드 자동차용 쿨링모듈에 있어서, 엔진을 냉각시킨 냉각수를 공기와 열교환시키는 제1열교환기(10)와; 서로 다른 온도의 작동유체와 순차적으로 열교환된 냉각수를 공기와 열교환 시키는 제2열교환기(20)와; 상기 제2열교환기(20)에 직렬로 설치되는 팬쉬라우드(30)로 구성되되; 상기 제2열교환기(20) 내부를 순환하여 냉각된 냉각수가 컨덴서의 냉매와 인버터 쿨러의 냉각수 및 오일 쿨러의 냉각수와 열 교환을 이루도록 유로를 형성하는 중간열교환기(40)를 더 구비하여 된 것을 기술적 특징으로 한다.
상기와 같은 구성의 본 발명은 하이브리드 차량에 장착되는 쿨링모듈을 2열로 배열하면서도 열 교환 성능이 감소되지 않으며, 아울러 동일한 크기의 2개의 열교환기를 사용하므로 제조공정과 조립이 간편하다.
하이브리드, 쿨링모듈, 라디에이터, 컨덴서, 인버터 쿨러, 오일 쿨러

Description

하이브리드 자동차용 쿨링모듈{COOLING MODULE FOR HYBRID AUTOMOBILE}
본 발명은 하이브리드 자동차에 사용되는 쿨링모듈에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 엔진, 전기모터 및 인버터, 에어컨의 냉매를 각각 냉각시키기 위한 3개의 열교환기를 2열로 컴팩트하게 배열하면서도 열교환 성능이 감소되지 않는 하이브리드 자동차용 쿨링모듈에 관한 것이다.
최근 지구 온난화를 방지하기 위한 일환으로서 저공해 고연비를 달성할 수 있는 하이브리드 자동차가 각광을 받고 있으며, 이러한 하이브리드 자동차는 엔진과 전기모터에 의해 구동력을 얻는데 이때 하이브리드 자동차에 사용되는 전기모터는 일반적으로 직류모터이기 때문에 자동차의 직류전원을 교류로 변화하여야 하고 이를 위해 하이브리드 자동차에는 인버터(inverter)가 장착된다.
하이브리드 자동차를 구동시키게 되면 엔진과 전기모터와 인버터 및 트랜스미션 오일 등이 발열하게 되므로 이들을 냉각시켜 줄 필요가 있으며, 이에 따라 하이브리드 자동차에는 일반적으로 엔진을 냉각시키기 위한 제1열교환기와 이와 별도 로 인버터나 전동모터 등의 전기 부품을 냉각시키기 위한 제2열교환기가 설치될 필요가 있고 이 경우 엔진룸 내부에 제2열교환기를 설치할 추가 공간이 필요하다.
그러나 자동차의 엔진룸에는 이들 2개의 열교환기뿐만 아니라 에어컨의 냉매를 냉각시키기 위한 컨덴서도 아울러 설치되어야 하고, 이러한 3개의 열교환기를 공기의 흐름 방향에 따라 순차적으로 배치하게 되면 열교환기의 전후 폭이 상당히 커지기 때문에 이를 수용할 수 있는 공간을 확보하기 어려울 뿐만 아니라 아울러 엔진룸 내의 다른 부품의 공간배치도 쉽지 않다는 단점이 있다.
하이브리드 자동차용 쿨링 모듈이 가지는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 하이브리드 자동차용 냉각시스템(일본 공개특허공보 제2006-21749호)이 제안된바 있다.
여기서 자동차용 쿨링모듈이라 함은 통상 열교환기, 컨덴서 및 팬쉬라우드를 일체로 모듈화한 것을 일컫는다.
상기 문헌에 제안된 기술은 도 1에 도시된 바와 같이 하이브리드 자동차에 있어서, 엔진 냉각수를 냉각시키기 위한 엔진용 라디에이터(110)와, 전동모터 등의 전기 부품을 냉각하기 위한 전기 부품용 라디에이터(120)와, 에어컨의 냉매를 응축시키는 컨덴서(130)를 구비하되; 상기 전기 부품용 라디에이터(120)와 컨덴서(130)는 공기의 흐름 방향에 대해 병렬로 배치되면서, 이 열교환기들은 엔진용 라디에이터(110)와 직렬로 배치되되, 상기 엔진용 라디에이터(110)보다 공기 흐름 방향으로 볼 때 상류 측에 배치되도록 한 것으로, 이때 엔진용 라디에이터(110)와 전후로 배치된 전기 부품용 라디에이터(120)의 크기를 줄여, 이 줄어든 크기만큼의 크기로 된 컨덴서(130)를 전기 부품용 라디에이터(120)와 병렬로 배치함으로서 3개의 열교환기를 2열로 배치되도록 한 것이다.
여기서 "직렬"이란 차량의 엔진륨 내의 공기 흐름방향을 기준으로 전후를 일컫는 것이고 "병렬"이란 좌우를 일컫는 것이다.
그러나 위 기술은 3개의 열교환기를 2열료 배치하기 때문에 쿨링모듈의 크기(폭)을 줄일 수 있다는 장점이 있으나, 에어컨의 컨덴서와 전기 부품용 라디에이터(120)의 크기가 작아지기 때문에 상대적으로 공기와 냉각수 또는 냉매가 서로 열교환을 이루는 면적이 줄어들게 되어 열교환 성능이 저하되는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 하이브리드 차량에 설치되는 쿨링모듈에 있어서, 엔진을 냉각시키는 제1열교환기와 별도로 컨덴서와 인버터 쿨러와 오일 쿨러를 냉각시킬 수 있는 제2열교환기를 더 구비하되, 이러한 제1, 2열교환기를 서로 동일한 크기의 열교환기에 의해 구성하여 제조와 조립을 간편하게 하고, 제2열교환기에는 인버터와 오일 쿨러 및 컨덴서의 열량에 맞추어 냉각수가 순차로 열 교환될 수 있도록 중간열교환기를 더 구비함으로서 열 교환 성능의 저하를 방지할 수 있는 하이브리드 자동차용 쿨링모듈을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적에 따른 본 발명은 엔진을 냉각시킨 냉각수를 공기와 열교환시키는 제1열교환기와; 서로 다른 온도의 작동유체와 순차적으로 열교환된 냉각수를 공기와 열교환 시키는 제2열교환기와; 상기 제2열교환기에 직렬로 설치되는 팬쉬라우드로 구성되되; 상기 제2열교환기 내부를 순환하여 냉각된 냉각수가 컨덴서의 냉매와 인버터 쿨러의 냉각수 및 오일 쿨러의 냉각수와 열 교환을 이루도록 유로를 형성하는 중간열교환기를 더 구비하여 된 것에 의해 달성된다.
이때 상기 제2열교환기 내를 순환하는 냉각수는 상대적으로 그 온도가 낮은 컨덴서의 냉매를 시작으로 하여 온도가 높은 인버터 쿨러와 오일 쿨러의 순으로 순 차적으로 열 교환을 이루도록 구성된다.
한편, 상기 제2열교환기와 컨덴서, 인버터쿨러, 오일쿨러 사이에는 다수의 격층을 갖는 판형의 중간열교환기를 더 구비하여 실시될 수 있다.
본 발명의 사용으로 하이브리드 자동차의 쿨링모듈의 제1, 2열교환기를 동일한 크기의 2개의 열교환기를 장착함으로써 제1, 2열교환기를 각각 다르게 제조하던 종래 방식에 비해 제조공정을 줄일 수 있으며, 아울러 설치 공정도 통일되어 작업공수가 줄어든다.
또한 제1, 2열교환기가 서로 동일한 크기로 이루어져 있어 열교환성능이 감소되지 않는다.
이에 더하여 제 2열교환기에 중간열교환기를 추가로 장착함으로써 컨덴서와 인버터 및 오일을 냉각할 때 각각의 열량에 맞도록 냉각수를 순차적으로 통과시켜 서로 열 교환을 이루게 함으로써 열 교환 성능의 저하가 방지된다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 도시한 첨부도면을 통해 더욱 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 하이브리드 자동차용 쿨링모듈에 관한 것으로 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이 하이브리드 자동차용 쿨링모듈에 있어서, 엔진을 냉각시킨 냉각수를 공기와 열교환시키는 제1열교환기(10)와; 서로 다른 온도의 작동유체와 순차적으로 열교환된 냉각수를 공기와 열교환 시키는 제2열교환기(20)와; 상기 제2열교환기(20)에 직렬로 설치되는 팬쉬라우드(30)로 구성되되; 상기 제2열교환기(20) 내부를 순환하여 냉각된 냉각수가 컨덴서의 냉매와 인버터 쿨러의 냉각수 및 오일 쿨러의 냉각수와 열 교환을 이루도록 유로를 형성하는 중간열교환기(40)를 더 구비하여 실시된다.
제1열교환기(10)는 도 3에서와 같이 일반적으로 사용되는 엔진 블록 냉각용 열교환기인 열교환기를 사용하여 엔진으로부터 발생하는 열만을 전담하여 냉각할 수 있도록 구성되는 것으로, 열교환기 내부로 냉각수가 흐르면서 대기 중의 공기와 열 교환을 이루어 냉각된 후, 이 냉각수가 엔진 블록으로 들어가 엔진을 냉각시킨다.
제2열교환기(20)는 상기 제1열교환기(10)와 동일한 크기의 열교환기를 사용하며, 이때의 제2열교환기(20)는 엔진이 아닌 전기모터나 인버터 등의 전기 부품 및 오일쿨러 등을 냉각시키기 위하여 설치된다.
이를 위해 제2열교환기(20)의 유입구(21)와 유출구(22)는 제2열교환기(20)의 냉각수가 컨덴서(50), 인버터 쿨러(60), 오일 쿨러(70)의 냉매와 서로 열 교환을 이루도록 유로를 구성한다.
이때 제 2열교환기(20)는 제1열교환기(10)보다 차량의 전방에 설치되는 것이 바람직한데, 이는 엔진 블록으로부터 발생되는 열만을 냉각하는 제1열교환기(10)에 비해 제2열교환기(20)는 컨덴서(50), 인버터 쿨러(60), 오일 쿨러(70)를 모두 냉각시키기 때문에 열부하가 상대적으로 커 냉각수와 공기의 열 교환 효율이 항상 적정 수준을 유지하도록 하여야 하기 때문이다.
일반적으로 컨덴서(50)의 냉매의 온도는 대략 60~80℃이고, 인버터 쿨러(60)의 냉각수 온도는 대략 70~80℃이며, 오일 쿨러(70)의 냉각수 온도는 대략 100~110℃인데, 처음부터 고온의 오일 쿨러(70)의 냉각수와 제2열교환기(20)의 냉각수가 서로 열 교환을 이루게 되면, 오일 쿨러(70)의 냉각수를 냉각하기에는 효과적이나, 그 후의 컨덴서(50)의 냉매와 인버터 쿨러(60)의 냉각수를 제대로 냉각시킬 수 없게 된다.
따라서 본 발명에서는 열 교환 온도가 낮은 것부터 높은 것 순으로 순차적으로 냉각수가 흐르면서 각각의 냉매 및 냉각수와 열 교환을 이루도록 유로를 먼저 컨덴서(50)의 냉매를 냉각시킨 다음 순차적으로 인버터 쿨러(60)의 냉각수 및 오일 쿨러(70)의 냉각수를 냉각시키도록 형성한다.
한편, 상기 제 2열교환기(20)와 컨덴서(50), 인버터 쿨러(60), 오일 쿨러(70) 사이에는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 다수의 판을 적층하고, 격층간에 서로 다른 냉각수 또는 냉매가 흐르도록 하여 서로 열 교환을 이루는 중간열교환기(40)를 더 설치하여 실시될 수도 있다.
이때 중간열교환기(40)와 제2열교환기(20) 및 중간열교환기(40)의 각각의 컨덴서(50), 인버터 쿨러(60), 오일 쿨러(70)를 연결하는 유로의 구성은 당업자가 용이하게 실시하기 위해 변경 실시 가능하다.
이하에서는 중간열교환기(40)의 구성을 실시예를 통해 좀 더 상세히 설명하기로 한다.
<실시예>
중간열교환기(40)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 일측으로 제2열교환기(20)의 유입구(21)와 유출구(22)에 각각 연결되는 냉각수 유입구(41)와 유출구(42)가 형성되어 있고, 이 냉각수 입출구(41, 42)를 통해 중간열교환기(40) 내부로 유입된 냉각수는 짝수층(40B) 또는 홀수층(40A) 중 선택된 어느 한 층으로만 흐르도록 도 6에서와 같은 유로 및 유입홀(44)과 유출홀(45)이 형성된다.
그리고 중간열교환기(40)의 각 층에는 냉각수 또는 냉매가 해당 층에 유입된 다음 전체의 면을 균일하게 흘러 타측으로 유출되도록 각층의 내부에는 사행상의 유로를 형성하는 격판(43)이 형성되어 있다.
한편, 중간열교환기(40)의 타측으로는 컨덴서(50), 인버터 쿨러(60), 오일 쿨러(70)로부터 각각 인출된 유로(51, 61, 71)가 상하 관통되는 형태로 이들 유로(51, 61, 71) 각각에는 그 내부를 흐르는 냉각수 또는 냉매가 중간열교환기(40) 내에서 서로 섞이지 않고 구분되어 흐르도록 적절한 위치에 입수구(FIN)와 출수구(FOUT)가 형성된다.
이를 좀 더 상세히 설명하면 도 6에 보인 바와 같이 중간열교환기(40)의 상층에는 컨덴서(50)로부터 인출된 유로(51)를 따라 냉매가 흐르도록 입수구(FIN)와 출수구(FOUT)가 해당 층에 형성된다.
이때 제2열교환기(20)로부터 공급되는 냉각수가 짝수층(40B) 또는 홀수층(40A) 중 어느 한 층을 흐르게 되면 이와 열교환되는 컨덴서(50)의 냉매는 제2열교환기(20)의 냉각수가 흐르지 않는 층중 중간열교환기(40)의 상부층만을 흐르게 된다.
이처럼 컨덴서(50)의 냉매는 상부층만을 흐르면서 열 교환된 다음 유로(51)를 따라 중층, 하층을 열 교환 없이 그대로 통과한 후 컨덴서(50) 내부로 재유입된다.
이와 같이 컨덴서(50)의 냉매가 열 교환을 이루는 동안에도 인버터 쿨러(60)의 냉각수는 도 7에 도시된 바와 같이 해당 유로(61)를 통해 중간열교환기(40)의 중간층으로 바로 공급되는데, 제2열교환기(20)의 냉각수는 상부층에서부터 흐르면서 컨덴서(50)의 냉매와 먼저 열 교환을 하고 난 다음 인버터 쿨러(60)의 냉각수와 열 교환을 하게 된다.
또한 오일 쿨러(70)의 냉각수도 해당 유로(71)를 따라 중간열교환기(40)의 하부층으로 바로 공급되어 흐르고, 제2열교환기(20)의 냉각수는 컨덴서(50)의 냉매, 인버터 쿨러(60)의 냉각수와 각각 열 교환을 한 다음 최종적으로 오일 쿨러(70)의 냉각수와 열 교환을 하게 된다.
즉, 제2열교환기(20)의 냉각수는 홀수층(40A) 또는 짝수층(40B)중에서 선택된 층을 위에서 아래로 지속하여 흐른 뒤 제2열교환기(20)로 재유입되면, 컨덴서(50)의 냉매와, 인버터 쿨러(60) 및 오일 쿨러(70)의 냉각수는 상, 중, 하층 중에서 선택된 층만을 구획되어 흘러 각각의 열교환기(컨덴서, 인버터 쿨러, 오일쿨러)로 재유입된다.
이상과 같은 본 발명은 엔진 열 냉각용 열교환기와 전기 부품 냉각용 열교환기를 동일한 것으로 구성함으로써, 2개의 열교환기를 각각 생산해야하는 제조공정의 번거로움이 해소된다.
또한 컨덴서, 인버터 쿨러, 오일 쿨러 각각의 열부하에 맞추어 낮은 온도에서부터 높은 온도의 순으로 냉각수가 공급되어 열 교환됨으로써 냉각효율이 극대화 되고, 특히 컨덴서는 기존의 공냉식에 비하여 수냉식으로 전환됨으로써 열 교환 성능이 향상되는 이점이 있다.
본 발명의 실시에서는 중간열교환기(40)를 일체로 형성하는 것으로 설명하였으나, 컨덴서, 인버터, 오일 쿨러용 냉매와 냉각수가 각각 열 교환되도록 3개의 중간열교환기(40)가 개별 설치되어 실시될 수도 있는데, 결과적으로는 열교환기를 설치할 공간이 상대적으로 늘어날 수 있으나 각각의 컨덴서, 인버터, 오일쿨러 등의 열교환기를 소형으로 할 수 있고, 이 경우 이들 소형 열교환기를 적당한 공간에 배치할 수 있다.
도 1은 종래의 하이브리드 자동차용 냉각시스템을 보인 측면도,
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 자동차용 쿨링모듈을 보인 분리 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 자동차용 쿨링모듈을 보인 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 중간열교환기를 보인 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 중간열교환기를 보인 부분 사시도,
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 중간열교환기 내로 흐르는 냉각수의 흐름을 보인 사용상태도이다.
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
10: 제1열교환기 20: 제2열교환기
21: 유입구 22: 유출구
30: 팬쉬라우드 40: 중간열교환기
40A: 홀수층 40B: 짝수층
41: 냉각수 유입구 42: 냉각수 유출구
43: 격판 44: 유입홀
45: 유출홀 50: 컨덴서
60: 인버터 쿨러 70: 오일 쿨러
51, 61, 71: 유로 FIN: 입수구
FOUT: 출수구

Claims (4)

  1. 하이브리드 자동차용 쿨링모듈에 있어서,
    엔진을 냉각시킨 냉각수를 공기와 열교환시키는 제1열교환기(10)와;
    서로 다른 온도의 작동유체와 순차적으로 열교환된 냉각수를 공기와 열교환 시키는 제2열교환기(20)와;
    상기 제2열교환기(20)에 직렬로 설치되는 팬쉬라우드(30)로 구성되되;
    상기 제2열교환기(20) 내부를 순환하여 냉각된 냉각수가 컨덴서의 냉매와 인버터 쿨러의 냉각수 및 오일 쿨러의 냉각수와 열 교환을 이루도록 유로를 형성하는 중간열교환기(40)를 더 구비하여 된 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차용 쿨링모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 중간열교환기(40)는 냉각수가 홀수 또는 짝수층 중 선택된 어느 한 층을 순차적으로 통과하도록 유로가 형성되고, 타측으로는 공간이 구획되는 유로를 형성하여 컨덴서, 인버터 쿨러, 오일쿨러의 작동유체가 각각 흐르도록 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차용 쿨링모듈.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2열교환기(20)를 통해 중간열교환기(40) 내로 흐르는 냉각수는 컨덴서, 인버터쿨러, 오일쿨러에서 유입되는 작동유체의 순으로 열교환을 이루도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차용 쿨링모듈.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 중간열교환기(40)는 다수의 격판이 홀수층(40A)과 짝수층(40B)을 이루고, 상기 홀수층(40A)과 짝수층(40B) 중에서 선택된 어느 한 층으로만 작동유체가 흐르도록 유로를 형성시키는 유입홀(44)과 유출홀(45)이 형성되며, 상기 홀수층(40A)과 짝수층(40B)중 어느 한 층을 따라 제2열교환기(20)의 냉각수가 흐르도록 냉각수 입출구(41, 42)가 일측으로 형성되고, 상기 냉각수 입출구(41, 42)의 반대측에 컨덴서(50), 인버터 쿨러(60), 오일쿨러(70)에서 각각 공급되는 작동유체가 제2열교환기(20)의 냉각수가 흐르지 않는 타층간으로 흐르도록 유로(51, 61, 71)가 형성되되;
    상기 유로(51, 61, 71)는 각각 홀수/짝수층(40A, 40B)중 선택된 한 층중에서도 서로 구획된 적정 공간 내를 흐르도록 서로 다른 위치에 입수구(FIN)와 출수구(FOUT)가 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차용 쿨링모듈.
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