KR20130032002A - 차량용 쿨링모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일정거리 이격되어 한 쌍으로 나란하게 형성되는 헤더탱크, 상기 헤더탱크 각각에 형성되는 제1열교환매체 유입구와 제1열교환매체 배출구, 상기 한 쌍의 헤더탱크에 양단이 고정되어 제1열교환매체 유로를 형성하는 튜브, 및 상기 튜브 사이에 설치되는 복수의 방열핀을 포함하는 메인 라디에이터; 일정거리 이격되어 한 쌍으로 나란하게 형성되는 헤더탱크, 상기 헤더탱크 각각에 형성되는 제2열교환매체 유입구와 제2열교환매체 배출구, 상기 한 쌍의 헤더탱크에 양단이 고정되어 제2열교환매체 유로를 형성하는 튜브, 및 상기 튜브 사이에 설치되는 복수의 방열핀을 포함하는 보조 라디에이터; 상기 메인 라디에이터의 전방에서 상기 보조 라디에이터의 상단에 구성되는 콘덴서; 및 상기 메인 라디에이터의 후방에 구비되는 팬슈라우드를 포함하는 차량용 쿨링모듈에 있어서, 상기 메인 라디에이터의 헤더탱크에 제1열교환매체의 압력을 조절하는 메인 필러넥과 제2열교환매체의 압력을 조절하는 보조 필러넥이 구비된 차량용 쿨링모듈에 관한 것이다.
본 발명의 차량용 쿨링모듈은 메인 라디에이터에 보조 필러넥을 일체형으로 제작하여 부속품 및 조립공정이 감소되며, 엔진룸에 보조 라디에이터의 리저버탱크가 위치할 수 있는 공간 자유도를 증가시켜 냉각시스템의 최적 설계를 가능하게 한다.

Description

차량용 쿨링모듈 {Cooling system for vehicle}

본 발명은 차량용 쿨링모듈에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 메인 라디에이터와 보조 라디에이터를 구비하며, 상기 메인 라디에이터의 전방에서 상기 보조 라디에이터의 상단에 구성되는 콘덴서 및 상기 메인 라디에이터의 후방에 구비되는 팬슈라우드를 포함하는 차량용 쿨링모듈에 관한 것이다.

열에너지를 재사용하거나 용도에 맞게 온도를 낮추거나 높여 사용할 목적 등으로 각종 열교환기가 사용되고 있으며, 자동차에도 각종 열교환기가 구비되고 있다. 차량용 쿨링모듈(Cooling Module)은 자동차용 공조장치의 내부에 구비되는 한 구성요소로 외부의 공기와 열 교환하여 자동차 실내로 차가운 공기가 공급되도록 하는 냉방장치이다.

통상적으로 차량용 쿨링모듈은 라디에이터와 콘덴서 및 상기 라디에이터와 콘덴서를 공기와 열교환시켜 냉각시키기 위한 팬슈라우드를 모듈화 하여 구성되는데, 하이브리드 차량(Hybrid Electronic Vehicle)이나 연료 전지 차량의 경우, 상기 구성이외에 추가적으로 전장품을 냉각시키는 전장용 라디에이터가 포함된다.

상기와 같은 쿨링모듈에 대해서 대한민국 공개공보 10-2011-0075195(공개일자 2011년07월06일)호에 개시되었으며, 이는 도 1에 도시하였다.

하이브리드 차량은 정속 주행 및 초기 구동시에는 모터에 의해 구동되며, 배터리 방전 모드시 내연기관에 의해 작동되어 연비를 향상시키는 장치이다. 여기서, 모터를 포함한 전장품은 작동시 열이 발생되고, 부품들의 입출력 특성을 최상의 상태로 유지하기 위하여 부품의 온도 상승을 억제하는 냉각장치를 설치할 필요가 있다. 특히, 배터리의 경우에는 전체적인 충방전 효율을 최상으로 유지하기 위해서는 적정온도를 유지하여야 한다. 그러므로 배터리의 충방전에 의해 발생되는 열은 냉각장치를 이용하여 냉각시켜 적정온도를 유지한다.

따라서, 하이브리드 차량의 라디에이터는 구동원에 따라 전장용 라디에이터와 내연기관용 라디에이터 등 2개의 라디에이터로 운용된다.

이러한 하이브리드 차량의 라디에이터의 경우 내연기관용 및 전장용 모터 구동 유무, 워터 펌프의 유량, 냉각수의 온도에 따라 유체적으로 분리된 일체형 라디에이터의 내부 압력은 상호 다를 수가 있으며, 전압은 같더라도 동압은 다를 수 있다.

또한 일반적으로 연료 전지는 경유나 공업용 연료의 기체와 전해질 사이의 화학반응의 일부로 전력을 발생시켜 연료가 가진 화학 에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 에너지 전환 시스템으로, 일반 배터리와는 달리 연료 전지는 재충전이 필요 없이 연료가 공급되는 한 계속해서 전기를 만들어 낼 수 있는 발전 시스템이다.

연료 전지는 전해질(electrolyte)과 두개의 전극(electrode)이 샌드위치처럼 포개어져 있는 형태로 산소와 수소가 각각의 전극으로 흘러갈 때, 전기와 열 그리고 물이 만들어지게 되며, 우주선과 같이 내연기관이 실질적으로 활용되지 못하는 분야 또는 전기자동차 등에 전력을 공급하기 위한 시스템으로 사용되고 있다.

연료 전지에는 천연가스, 메탄올, 가솔린 등의 다양한 연료가 사용되어질 수 있는데, 연료 변환기를 이용해 연료를 수소로 개질(reformer)하여 사용하게 된다.

최근 에너지 효율과 환경오염 문제에 대한 관심이 날로 커지면서 연료 전지를 이용한 전기자동차가 내연기관 자동차를 실질적으로 대체할 수 있을 것으로 예상되고 있으며, 이러한 추세에 맞춰 메탄올, 에탄올 및 가솔린 등의 액체연료를 개질하여 수소를 발생시키고, 이중 수소만을 분리하여 연료 전지의 연료로 활용하는 연료 전지 자동차용 연료 변환기의 개발이 진행되고 있다.

한편, 연료 전지 차량에서 연료 전지는 전술한 바와 같이 산소와 수소의 화학적 반응 에너지를 전기 에너지로 전환하여 구동력을 발생시키게 되는데 이 과정에서 연료 전지 내의 화학적 반응에 의해 열에너지가 발생되는 바, 발생된 열을 효과적으로 제거하는 것이 연료 전지의 성능 확보에 있어 필수적이다.

이러한 하이브리드 차량의 라디에이터와 연료 전지 차량의 라디에이터의 경우 통상 수냉식 냉각장치가 설치된다.

수냉식 냉각장치는 워터펌프에 의하여 냉각수가 실린더 블록 및 실린더 헤드를 순환하면서 그 온도를 낮추는 것이며, 냉각수의 방열을 위하여 라디에이터, 팬슈라우드 및 수온조절기 등이 구비된다. 라디에이터는 엔진을 통과하면서 온도가 상승한 냉각수를 냉각하는 장치로서, 상/하부 탱크어셈블리와, 튜브 및 상기 튜브 사이에 개재되는 핀을 포함하는 라디에이터 코어를 기본 구성으로 한다.

한편, 상기 라디에이터 내부는 냉각수가 유동되면서 온도 변화에 따른 부피변화로 인해 내부의 압력이 과도하게 상승될 수 있으며, 충분한 냉각수가 존재하지 않을 수도 있다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 상기 라디에이터는 리저버탱크(보조 탱크)와 연통되어 라디에이터내부의 압력이 과도하게 상승하였을 때 라디에이터 내부의 냉각수가 리저버탱크로 배출되고, 내부의 온도 또는 압력이 하강될 경우에는 라디에이터 내부로 냉각수가 공급된다.

또한, 상기 상/하부 탱크어셈블리 중 어느 하나에는 냉각수의 보충/교환의 통로 기능을 수행함과 아울러, 라디에이터 내부의 압력이 과도하게 상승했을 때 그 압력을 줄이기 위해 냉각수가 리저버탱크로 이동하도록 안내하는 필러넥이 설치된다.

상기 필러넥은, 필러넥 본체와, 상기 필러넥 본체의 상측 개구부를 개폐함과 아울러 압력밸브가 내재된 캡과, 상기 필러넥 본체에 결합되어 리저버탱크와 연결되는 오버플로우관으로 구성된다.

이러한 필러넥은 상기 헤더탱크에 직접 결합하거나, 상기 헤더탱크에 일측면에 연결파이프를 형성하고 이 연결파이프에 결합할 수 도 있다.

라디에이터내의 냉각수가 고온일때는 냉각수가 팽창하며 이때 팽창된 냉각수는 필러넥의 오버플로우관을 통해 리저버탱크로 유입되고, 반대로 라디에이터내의 냉각수가 저온일때는 수축이 일어나며 이때는 상기 리저버탱크내의 냉각수가 필러넥의 오버플로우관을 통해 다시 라디에이터 내부로 유입된다.

상기와 같은 하이브리드 차량용 라디에이터에 대해서 대한민국 공개공보 10-2010-0052245 (공개일자 2010년05월19일)호에 개시되었으며, 이는 도 2에 도시하였다.

또한 상기와 같은 연료 전지 차량용 라디에이터에 대해서 대한민국 공개공보 2011-0051829 (공개일자 2011년05월18일)호에 개시되었다.

연료 전지 차량용 쿨링모듈은, 연료 전지 부품과, 상기 연료 전지 부품에서 발생하는 전력으로서 구동되는 모터와, 상기 모터의 구동을 제어하는 고전압 전장품과, 엔진룸의 전방에 장착되어 상기 연료 전지 부품과 고전압 전장품에서 발생하는 열을 냉각시키는 쿨링 모듈을 포함하며, 상기 쿨링 모듈은 상기 연료 전지 부품을 냉각시켜 주는 스택용 라디에이터와, 상기 고전압 전장품을 냉각시켜 주는 전장용 라디에이터와, 상기 메인 라디에이터의 전방에서 상기 전장용 라디에이터의 상단에 구성되는 에어컨 콘덴서와, 상기 스택용 라디에이터의 후방에 구성되는 복수의 팬슈라우드를 포함하여 이루어진다.

내연기관용 라디에이터와 스택용 라디에이터의 경우에는 높낮이가 조절이 가능한 필러넥을 구비하나, 전장용 라디에이터의 경우 상기 필러넥이 구비되지 않는다.

내연기관용 라디에이터와 스택용 라디에이터의 경우 필러넥이 구비되어 대기 개방식 리저버탱크를 설치할 수 있다. 상기 대기 개방식 리저버탱크는 라디에이터의 압력이 상승하는 경우 라디에이터로부터 리저버탱크로 냉각수가 유입되며, 라디에이터의 압력이 하강하는 경우 리저버탱크로부터 라디에이터로 냉각수가 유입된다.

도 1과 같이 메인 라디에이터와 보조 라디에이터를 구비하며, 상기 메인 라디에이터의 전방에서 상기 보조 라디에이터의 상단에 구성되는 콘덴서 및 상기 메인 라디에이터의 후방에 구비되는 팬슈라우드를 포함하는 차량용 쿨링모듈에서 상기 보조라디에이터는 레이아웃상 필러넥이 형성될 공간이 없어 가압식 리저버 탱크만을 이용할 수 밖에 없어, 엔진룸을 효율적으로 활용하기 어려운 문제가 있었다.

또한 전장용 라디에이터의 경우 필러넥이 구비되지 않아 가압식 리저버탱크가 설치된다. 전장용 라디에이터의 가압식 리저버탱크의 경우 주입부의 높이가 낮게 형성되면 냉각수 주입 시 공간이 협소하여 냉각수를 주입하기 용이하지 않으며, 사용자의 냉각수 주입 편의성을 향상하기 위하여 상기 주입부의 높이가 높게 형성되면 엔진룸 내부에서 그만큼 공간을 많이 차지한다는 단점이 있었다.

또한 도 2와 같이 전장용 라디에이터의 리저버탱크는 내연기관용 라디에이터의 하부에 위치하도록 설계하여야 하므로, 설계상의 어려움이 있었다.

또한 별도로 전장용 라디에이터에 필러넥을 설치하는 경우, 제작비용과 조립공정이 증가한다는 문제점이 있었다.

대한민국 공개공보 10-2011-0075195(공개일자 2011년07월06일)호 대한민국 공개공보 10-2010-0052245 (공개일자 2010년05월19일)호 대한민국 공개공보 10-2011-0051829 (공개일자 2011년05월18일)호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 메인 라디에이터와 보조 라디에이터를 구비하며, 상기 메인 라디에이터의 전방에서 상기 보조 라디에이터의 상단에 구성되는 콘덴서 및 상기 메인 라디에이터의 후방에 구비되는 팬슈라우드를 포함하는 차량용 쿨링모듈에 있어서, 메인 라디에이터에 보조 필러넥을 구비하여 종래 가압식 리저버탱크 대신 대기 개방식 리저버탱크를 사용하여, 종래 가압식 리저버탱크의 단점을 해소하고, 엔진룸을 효율적으로 사용하는 데 있다.

또한, 본 발명의 목적은 엔진룸에 보조 라디에이터의 리저버탱크가 위치할 수 있는 공간 자유도를 증가시켜 냉각시스템의 최적 설계를 가능하게 하는데 있다.

또한 본 발명은 메인 라디에이터에 보조 필러넥을 일체형으로 제작하여 부속품 및 조립공정을 감소하는데 있다.

일정거리 이격되어 한 쌍으로 나란하게 형성되는 헤더탱크, 상기 헤더탱크 각각에 형성되는 제1열교환매체 유입구와 제1열교환매체 배출구, 상기 한 쌍의 헤더탱크에 양단이 고정되어 제1열교환매체 유로를 형성하는 튜브, 및 상기 튜브 사이에 설치되는 복수의 방열핀을 포함하는 메인 라디에이터; 일정거리 이격되어 한 쌍으로 나란하게 형성되는 헤더탱크, 상기 헤더탱크 각각에 형성되는 제2열교환매체 유입구와 제2열교환매체 배출구, 상기 한 쌍의 헤더탱크에 양단이 고정되어 제2열교환매체 유로를 형성하는 튜브, 및 상기 튜브 사이에 설치되는 복수의 방열핀을 포함하는 보조 라디에이터; 상기 메인 라디에이터의 전방에서 상기 보조 라디에이터의 상단에 구성되는 콘덴서; 및 상기 메인 라디에이터의 후방에 구비되는 팬슈라우드를 포함하는 차량용 쿨링모듈에 있어서, 상기 메인 라디에이터의 헤더탱크에 제1열교환매체의 압력을 조절하는 메인 필러넥과 제2열교환매체의 압력을 조절하는 보조 필러넥이 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 메인 필러넥과 상기 보조 필러넥은 상기 메인 라디에이터의 헤더탱크에 일체 사출로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 메인 필러넥은 상기 메인 라디에이터의 헤더탱크 일측 면에 외측 방향으로 돌출형성되고, 내부가 중공된 관형태로 라디에이터 탱크측면이 개방되며 타측이 폐쇄되는 몸체와, 일측에 리저버탱크와 연결되는 오버플로우관과, 상기 제1열교환매체 유입구와 연결되는 유입구 연결부를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2열교환매체 유입구는 상기 보조 필러넥측으로 상기 제2열교환매체의 유량을 분기하는 커넥터를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 보조 필러넥은 상기 메인 라디에이터의 헤더탱크 일측 면에 외측 방향으로 돌출형성되고, 내부가 중공된 관형태로 양측이 폐쇄되는 몸체와, 일측에 리저버탱크와 연결되는 오버플로우관과, 상기 커낵터와 연결되는 커낵터 연결부를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1열교환매체는 승온된 엔진 또는 연료 전지 스택을 냉각시키는 엔진용 냉각수 또는 연료 전지 스택용 냉각수이며, 상기 제2열교환매체는 승온된 전장품을 냉각시키는 전장용 냉각수인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 메인 필러넥 및 상기 보조 필러넥은 상기 메인 라디에이터의 헤더탱크 상부에 구비되는 것을 특징으로 한다.

메인 라디에이터와 보조 라디에이터를 구비하며, 상기 메인 라디에이터의 전방에서 상기 보조 라디에이터의 상단에 구성되는 콘덴서 및 상기 메인 라디에이터의 후방에 구비되는 팬슈라우드를 포함하는 차량용 쿨링모듈에서, 상기 메인 라디에이터에 보조 필러넥이 일체형으로 형성되어, 종래 가압식 리저버탱크의 대신 대기개방식 리저버탱크를 사용할 수 있는 장점이 있다.

또한 엔진룸에 보조 라디에이터의 리저버탱크가 위치할 수 있는 공간 자유도를 증가시켜 엔진룸을 효율적으로 활용하고, 냉각시스템의 최적 설계를 가능하게 한다.

또한 메인 라디에이터에 보조 필러넥이 일체형으로 형성되어, 별도의 보조 필러넥을 따로 제작할 필요가 없어 비용도 절감되는 것이고, 조립공정이 감소되어 작업성이 향상되는 매우 유용한 발명이다.

도 1은 종래의 차량용 쿨링모듈.
도 2는 종래의 하이브리드 차량용 라디에이터.
도 3은 본 발명의 차량용 쿨링모듈을 나타낸 개략도.
도 4는 본 발명의 차량용 쿨링모듈을 도시한 사시도.
도 5는 본 발명의 메인 라디에이터를 도시한 사시도.
도 6은 본 발명의 보조 라디에이터를 도시한 사시도.
도 7은 본 발명의 메인 필러넥을 도시한 사시도.
도 8은 본 발명의 보조 필러넥을 도시한 사시도.
도 9는 본 발명의 차량용 쿨링모듈을 도시한 사시도.
도 10은 본 발명의 차량용 쿨링모듈을 도시한 사시도.
도 11은 본 발명의 메인라디에이터의 정면도.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 차량용 쿨링모듈(1000)을 도시한 사시도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 차량용 쿨링모듈(1000)은 자동차의 엔진(Engine)의 전방부에 배치되는 메인 라디에이터(100)와 상기 메인 라디에이터(100)의 전방에 배치되는 보조 라디에이터(200)와 상기 메인 라디에이터(100)의 전방에서 상기 보조 라디에이터(200)의 상단에 구성되는 콘덴서(600)와 상기 메인 라디에이터(100)의 후방에 구비되는 팬슈라우드(700)와 상기 메인 라디에이터의 헤더탱크에 제1열교환매체의 압력을 조절하는 메인 필러넥(80) 및 제2열교환매체의 압력을 조절하는 보조 필러넥(90)을 포함하여 구성된다. 상기 메인 라디에이터(100)와 상기 보조 라디에이터(200)의 세부적인 구성은 후술한다.

상기 차량용 쿨링모듈(1000)은 엔진룸의 전방에 장착되며 연료 전지 차량의 경우, 연료 전지 스택과 전장품에서 발생하는 열을 냉각시키는 기능을 하게 된다. 하이브리드 차량의 경우 상기 쿨링모듈(1000)은 내연기관과 전장품에서 발생하는 열을 냉각시키는 기능을 하게 된다.

여기서, 상기 차량용 쿨링모듈(1000)은 연료 전지 스택 또는 내연기관과 전장품의 냉각 성능을 최적화하기 위해 모듈화 된 것이다.

본 실시예에 의한 상기 차량용 쿨링모듈(1000)은 메인 라디에이터(100)와 보조 라디에이터(200), 콘덴서(600)와 팬슈라우드(700)를 포함하여 이루어진다.

상기 메인 라디에이터(100)는 연료 전지스택 또는 내연기관과 연결되게 구성되며, 상기 연료 전지 스택 또는 내연기관을 냉각시킨다. 또한 상기 보조 라디에이터(200)는 메인 라디에이터(100)의 전방에 배치되며, 전장품을 냉각시켜 주는 기능을 하게 된다. 상기 콘덴서(600)는 상기 메인 라디에이터(100)의 전방에서 보조 라디에이터(200)의 상단에 구성된다. 팬슈라우드(700)는 도시된 바와 같이 한 개로 이루어질 수도 있고, 한 쌍으로서 이루어질 수도 있으며, 상기 메인 라디에이터(100)의 후방에 배치된다. 상기 팬슈라우드(700)는 상기 메인 라디에이터(100) 및 상기 보조 라디에이터(200)와 상기 콘덴서(600)를 공기와 열교환시켜 냉각시킨다.

또한 상기 메인 라디에이터의 헤더탱크에 제1열교환매체의 압력을 조절하는 메인 필러넥(80) 및 제2열교환매체의 압력을 조절하는 보조 필러넥(90)이 구비된다. 바람직하게 상기 메인 필러넥(80) 및 보조 필러넥(90)에 대기 개방식 리저버탱크(미도시)가 연결된다.

이하 상기 팬슈라우드(700)와 상기 콘덴서(600)는 통상적으로 사용되는 자동차용 쿨링모듈의 구성이 사용되는 바 이에 대한 자세한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 쿨링모듈(1000)을 나타내는 개략도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 차량용 쿨링모듈(1000)은, 메인 라디에이터(100), 보조 라디에이터(200), 메인 라디에이터(100)에 구비되는 메인 필러넥(80) 및 보조 필러넥(90), 리저버탱크(300, 400), 상기 메인 필러넥(80) 및 보조 필러넥(90)과 결합되어 상기 리저버탱크(300, 400)를 연결하는 오버플로우관(82, 92)으로 구성된다. 상기 메인 라디에이터(100)는 상기 보조 라디에이터(200)보다 방열량이 크다.

도 4(A)에 도시된 바와 같이, 바람직하게 상기 차량용 쿨링모듈(1000)은 하이브리드 차량용 쿨링모듈(1000)일 수 있다. 상기 하이브리드 차량용 쿨링모듈(1000)에 있어서, 메인 라디에이터(100)는 엔진과 같은 내연기관을 냉각하기 위한 내연기관용 라디에이터(100)로 구성되며 보조 라디에이터(200)는 모터, 인버터 등과 같은 전장품을 냉각하는 전장용 라디에이터(200)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 4의(A)에 도시한 바와 같이, 하이브리드 차량의 경우 내연기관용 라디에이터(100)와 전장용 라디에이터(200)로 구성되며, 제1 및 제2열교환매체의 순환 경로를 살펴보면 다음과 같다.

하이브리드 차량의 경우, 모터 구동에 의한 주행시 인버터에서 전류의 상변화(교류→직류)에 의한 열과, 모터 및 발전기의 작동에 의한 열이 발생하는데, 이러한 전장품의 냉각을 위해 모터 구동시 전장품→리저버 탱크(400)→전장용 라디에이터(200)→전장품으로 제2열교환매체가 순환될 수 있다.

또한 차량의 주행시 엔진을 포함한 내연기관의 작동에 의한 열이 발생하는데, 이러한 내연기관의 냉각을 위해 엔진 구동시 내연기관→ 리저버탱크(300)→내연기관용 라디에이터(100)→내연기관으로 제1열교환매체가 순환될 수 있다.

도 4의(B)를 참조하면, 바람직하게 상기 차량용 쿨링모듈(1000)은 연료 전지 차량용 쿨링모듈(1000)일 수 있다. 상기 연료 전지 차량용 쿨링모듈(1000)에 있어서, 메인 라디에이터(100)는 연료 전지 스택을 냉각하기 위한 연료 전지 스택용 라디에이터(100)로 구성되며, 보조 라디에이터(200)는 모터, 인버터 등과 같은 전장품을 냉각하는 전장용 라디에이터(200)로 구성된다. 상기 전장용 라디에이터(200)는 연료 전지 차량의 구동을 위한 모터, 인버터 등과 같은 전장품을 냉각시키는 장치로서, 연료 전지 스택에 비해 방열량은 작다.

도 4의(B)에 도시한 바와 같이, 연료 전지 차량의 경우 연료 전지 스택용 라디에이터(100)와 전장용 라디에이터(200)로 구성되며, 제1 및 제2열교환매체의 순환 경로를 살펴보면 다음과 같다.

전장품을 냉각시키는 경우, 전장품→리저버 탱크(400)→전장용 라디에이터(200)→전장품의 순서로 이어지는 제2열교환매체 순환 경로를 갖는다.

또한 연료 전지 스택을 냉각시키는 연료 전지 스택용 라디에이터의 경우, 연료 전지 스택→ 리저버 탱크(300)→연료 전지 스택용 라디에이터(100)→연료 전지 스택의 순서로 이어지는 제1열교환매체 순환 경로를 갖는다.

도 4를 계속 참조하면, 제1열교환매체의 압력을 조절하는 메인 필러넥(80)과 제2열교환매체의 압력을 조절하는 보조 필러넥(90)은 메인 라디에이터(100)에 각각 일체로 형성된다. 상세하게, 상기 보조 필러넥(90)과 메인 필러넥(80)은 메인 라디에이터의 헤더탱크 상부에 구비된다.

오버플로우관(82, 92)은 메인 필러넥(80) 및 보조 필러넥(90)에 결합되어, 리저버탱크(300, 400)와 연결된다. 상기 리저버탱크(300, 400)는 일정 압력에 따라 일정 압력시에만 리저버탱크의 개폐가 결정되는 가압식 리저버탱크 대신에, 라디에이터의 내부 압력에 따라 리저버탱크의 개폐가 결정되는 대기 개방식 리저버탱크로 구성될 수 있다.

상기 대기 개방식 리저버탱크는 라디에이터의 내부 압력이 과도하게 높아지면 필러넥 내부의 압력밸브에 의해 오버플로우관(82, 92)이 개방되어 제1 및 제2열교환매체가 리저버탱크에 귀환함으로써 라디에이터 내부의 압력을 유지하는 특징을 갖는다.

보조 라디에이터(200)에 필러넥(90)이 형성되어 리저버탱크(400)가 대기 개방식 리저버탱크로 구성된 경우, 메인 라디에이터(100)의 하부에 리저버탱크(400)가 설치될 수 있다. 뿐만 아니라 메인 라디에이터(100)의 상부에도 전장용 리저버탱크(400)가 설치될 수도 있어, 종래처럼 보조 라디에이터의 리저버탱크(400)를 메인 라디에이터(100) 하부에만 설치해야 하는 설계상의 제약이 해소된다.

도 5를 참조하면, 상기 메인 라디에이터(100)는 구성형식에 따라 도 5(A)와 같은 다운플로우(DOWMFLOW)와 도 5(B)와 같은 크로스플로우(CLOSS-FLOW)로 구분될 수 있다. 상기 구성형식에 의한 구분인 크로스플로우와 다운플로우는 열교환매체의 흐름방향에 따라 결정되는 것으로 크로스플로우는 헤더탱크(110, 120)가 좌, 우로 형성되고, 튜브가 가로방향으로 적층되어 열교환매체가 좌, 우로 순환하면서 냉각되는 방식이며, 다운플로우는 헤더탱크(110, 120)가 상, 하로 구비되어 튜브(160)가 횡방향으로 적층되어 열교환매체가 상, 하로 순환하여 냉각되는 방식이다.

도 5(A)를 참조하면, 본 발명의 차량용 쿨링모듈(1000)에 구비되는 메인 라디에이터(100)는 다운플로우로, 상기 메인 라디에이터(100)는 일정거리 이격되어 한 쌍으로 나란하게 형성되는 헤더탱크(110, 120)와, 상기 헤더탱크(110, 120) 각각에 형성되는 제1열교환매체 유입구(140)와 제1열교환매체 배출구(150), 상기 한 쌍의 헤더탱크(110, 120)에 양단이 고정되어 제1열교환매체 유로를 형성하는 튜브(160), 및 상기 튜브(160) 사이에 설치되는 복수의 방열핀(170)을 포함한다. 또한 본 발명의 차량용 쿨링모듈(1000)은, 상기 메인라디에이터(100)의 전방에 보조 라디에이터(미도시)를 포함하며, 상기 메인 라디에이터의 헤더탱크(110) 상부에 제1열교환매체의 압력을 조절하는 메인 필러넥(80)과 제2열교환매체의 압력을 조절하는 보조 필러넥(90)이 구비된다.

도 5(A)를 계속 참조하면, 상기 메인 필러넥(80)과 상기 보조 필러넥(90)은 상기 메인 라디에이터의 헤더탱크(110)에 일체 사출로 형성된다.

도 5(B)를 참조하면, 본 발명의 차량용 쿨링모듈(1000)에 구비되는 메인 라디에이터(100)는 크로스플로우로, 상기 메인 라디에이터(100)는 일정거리 이격되어 한 쌍으로 나란하게 형성되는 헤더탱크(110, 120)와, 상기 헤더탱크(110, 120) 각각에 형성되는 제1열교환매체 유입구(140)와 제1열교환매체 배출구(150), 상기 한 쌍의 헤더탱크(110, 120)에 양단이 고정되어 제1열교환매체 유로를 형성하는 튜브(160), 및 상기 튜브(160) 사이에 설치되는 복수의 방열핀(170)을 포함한다. 또한 본 발명의 차량용 쿨링모듈(1000)은, 상기 메인라디에이터(100)의 전방에 보조 라디에이터(미도시)를 포함하며, 상기 메인 라디에이터의 헤더탱크(110, 120) 상부에 각각 제1열교환매체의 압력을 조절하는 메인 필러넥(80)과 제2열교환매체의 압력을 조절하는 보조 필러넥(90)이 구비된다.

도 5(B)에 도시된 바와 같이, 좌측 메인 라디에이터의 헤더탱크(110) 상부에 제1열교환매체의 압력을 조절하는 메인 필러넥(80)이 구비되고, 우측 메인 라디에이터의 헤더탱크(120) 상부에 제2열교환매체의 압력을 조절하는 보조 필러넥(90)이 구비될 수 있다. 또한 반대로 우측 메인 라디에이터의 헤더탱크(110) 상부에 제1열교환매체의 압력을 조절하는 메인 필러넥(80)이 구비되고, 좌측 메인 라디에이터의 헤더탱크(110) 상부에 제2열교환매체의 압력을 조절하는 보조 필러넥(90)이 구비될 수도 있다.

도 5를 계속 참조하면, 상기 메인 필러넥(80)과 상기 보조 필러넥(90)은 상기 메인 라디에이터의 헤더탱크(110, 120)에 일체 사출로 형성된다.

도 4와 도 5를 참조하면, 상기 메인 필러넥(80)과 상기 보조 필러넥(90)은 상기 메인 라디에이터의 헤더탱크 상부에 구비된다.

도 4와 도 5를 계속 참조하면, 메인 필러넥(80)과 보조 필러넥(90)이 메인 라디에이터(100)에 일체로 형성되는 바, 별도로 보조 필러넥(90)을 제작하지 않아도 되므로, 금형 제작비가 감소되고, 별도로 보조 필러넥(90)을 고정하기 위한 조립공정이 감소되어 생산성이 향상되고 비용이 절약되는 장점이 있다.

도 6을 참조하면, 보조 라디에이터(200)는 일정거리 이격되어 한 쌍으로 나란하게 형성되는 헤더탱크(210, 220), 상기 헤더탱크(210, 220)에 각각에 형성되는 제2열교환매체 유입구(240)와 제2열교환매체 배출구(250), 상기 한 쌍의 헤더탱크(210, 220)에 양단이 고정되어 제2열교환매체 유로를 형성하는 튜브(260) 및 상기 튜브(260) 사이에 설치되는 복수의 방열핀(270)을 포함하며, 상기 제2열교환매체 유입구(240)는 상기 보조 필러넥(90)측으로 상기 제2열교환매체의 유량을 분기하는 커낵터(500)를 구비한다.

상기 커낵터(500)는 제2열교환매체 유입구(240)와 연결되어, 전장품에서 승온된 제2열교환매체가 유입되어 보조 필러넥(90)으로 일부 이동된다.

상기 커낵터(500)는 보조 필러넥(90)과 제2냉각매체 유입구(240)가 연결되도록 형성된다. 상기 커낵터(500)는 알루미늄, 철과 같은 금속재로 구성된 관으로 형성될 수 있다. 또한 상기 커낵터(500)는 고무로 형성된 호스 형태로 형성될 수도 있다.

상기 커낵터(500)는 별물로 형성될 수 있다. 또한 상기 커낵터(500)는 상기 보조 필러넥(90) 및 상기 제2열교환매체 유입구(240)와 일체 사출되어 형성될 수도 있다.

도 7을 참조하면 메인 라디에이터(100)에 구비된 메인 필러넥(80)은 상기 메인 라디에이터의 헤더탱크(110) 일측 면에 외측 방향으로 돌출형성되고, 내부가 중공된 관형태로 라디에이터 탱크측면이 개방되며 타측이 폐쇄되는 몸체(81)와, 일측에 리저버탱크(300)와 연결되는 오버플로우관(82)과, 상기 제1열교환매체 유입구(140)와 연결되는 유입구 연결부(83)를 포함하여 형성된다.

상기 메인 필러넥(80)은 상기 유입구 연결부(83)를 통해 제1열교환매체 유입구(140)와 연결되어, 내연기관이나 연료전지 스택에서 승온된 제1열교환매체가 유입된다. 또한 내부가 중공된 관 형태로 일측이 헤더탱크(110)에 개방된 형태로 형성되어, 상기 메인 필러넥(80)에 상기 메인 라디에이터(100)의 제1열교환매체가 흐를 수 있다.

바람직하게, 상기 메인 필러넥(80)은 압력밸브(미도시)가 내재된 캡(84)을 더 포함할 수 있다. 메인 라디에이터(100)의 내부 압력이 과도하게 높아지면 캡(84) 내부의 압력밸브에 의해 오버플로우관(82)이 개방되어 제1열교환매체가 리저버탱크(300)에 귀환함으로써 메인 라디에이터(100) 내부의 압력을 유지한다.

도 8을 참조하면, 메인 라디에이터(100)에 구비된 보조 필러넥(90)은, 상기 메인 라디에이터의 헤더탱크(120) 일측 면에 외측 방향으로 돌출형성되고, 내부가 중공된 관형태로 양측이 폐쇄되는 몸체(91)와, 일측에 리저버탱크(400)와 연결되는 오버플로우관(92)과, 상기 커낵터(500)와 연결되는 커낵터 연결부(93)를 포함한다.

상기 보조 필러넥(90)은 상기 커낵터 연결부(93)를 통해 상기 커낵터(500)와 연결되어, 전장품에서 승온된 제2열교환매체가 유입된다. 또한 상기 보조 필러넥(90)은 양측이 폐쇄되는 몸체(91)로 구성된다. 상세하게 상기 몸체(91)는 상기 메인 라디에이터의 헤더탱크(120)에 대하여 폐쇄되어, 제2열교환매체가 메인 라디에이터의 헤더탱크(120)로 흐르는 것을 방지한다.

바람직하게, 상기 보조 필러넥(90)은 압력밸브(미도시)가 내재된 캡(94)을 더 포함할 수 있다. 보조 라디에이터(200)의 내부 압력이 과도하게 높아지면 캡(94) 내부의 압력밸브에 의해 오버플로우관(92)이 개방되어 제2열교환매체가 리저버 탱크(400)에 귀환함으로써 보조 라디에이터(200) 내부의 압력을 유지한다.

도 9와 도 10은 차량용 쿨링모듈(1000)로, 도 9는 메인 라디에이터(100)가 다운플로어를 도시한 것이고, 도 10은 메인 라디에이터(100)가 크로스플로우를 도시한 것이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 차량용 쿨링모듈(1000)은 메인 라디에이터(100)가 다운플로어로, 상기 메인 라디에이터(100)에 제1열교환매체 유입구(140)와 제1열교환매체 배출구(150)가 형성되어 제1열교환매체의 유출입이 가능하다. 또한 상기 메인 라디에이터(100)의 하단에 보조 라디에이터(200)를 포함한다.

또한 메인 라디에이터의 헤더탱크(110) 상부에 메인 필러넥(80)과 보조 필러넥(90)이 구비된다. 상기 메인 필러넥(80)은 메인 라디에이터의 헤더탱크(110) 일측 면에 외측 방향으로 돌출형성되고, 일측에 리저버탱크(300)와 연결되는 오버플로우관(82)이 구비되어, 리저버탱크(300)와 메인 필러넥(80)이 연결된다. 또한 메인 필러넥(80)은 제1열교환매체 유입구(140)와 연결되며, 내연기관이나 연료전지 스택에서 승온된 제1열교환매체가 유입된다.

도 9를 계속 참조하면, 보조 라디에이터(200)에 제2열교환매체 유입구(240)와 제2열교환매체 배출구(250)가 형성되어 제2열교환매체의 유출입이 가능하다. 또한, 상기 제2열교환매체 유입구(240)는 상기 보조 필러넥(90)측으로 상기 제2열교환매체의 유량을 분기하는 커넥터(500)를 구비한다. 상기 커낵터(500)는 보조 필러넥(90)과 제2열교환매체 유입구(240)가 연결되도록 형성된다.

또한, 보조 필러넥(90)은 상기 메인 라디에이터의 헤더탱크(110) 일측 면에 외측 방향으로 돌출형성된다. 또한 상기 보조 필러넥(90)은 일측에 리저버탱크(400)와 연결되는 오버플로우관(92)이 구비되어 리저버탱크(400)와 보조 필러넥(90)이 연결된다. 또한 상기 보조 필러넥(90)은 상기 커낵터(500)와 연결되어, 전장품에서 승온된 제2열교환매체가 유입된다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 차량용 쿨링모듈(1000)은 메인 라디에이터(100)가 크로스플로어로, 상기 메인 라디에이터(100)에 제1열교환매체 유입구(140)와 제1열교환매체 배출구(150)가 형성되어 제1열교환매체의 유출입이 가능하다. 또한 상기 메인 라디에이터(100)의 하단에 보조 라디에이터(200)를 포함한다.

또한 메인 라디에이터의 헤더탱크(110, 120) 상부에 각각 메인 필러넥(80)과 보조 필러넥(90)이 구비된다. 도시한바와 같이 좌측 메인 라디에이터의 헤더탱크(110) 상부에 메인 필러넥(80)이 구비되고, 우측 메인 라디에이터의 헤더탱크(120) 상부에 보조 필러넥(90)이 구비될 수 있다. 반대로 우측 메인 라디에이터의 헤더탱크(110) 상부에 메인 필러넥(80)이 구비되고, 좌측 메인 라디에이터의 헤더탱크(120) 상부에 보조 필러넥(90)이 구비될 수도 있다.

상기 메인 필러넥(80)은 메인 라디에이터의 헤더탱크(110) 일측 면에 외측 방향으로 돌출형성되고, 일측에 리저버탱크(300)와 연결되는 오버플로우관(82)이 구비되어, 리저버탱크(300)와 메인 필러넥(80)이 연결된다. 또한 상기 메인 필러넥(80)은 제1열교환매체 유입구(140)와 연결되며, 내연기관이나 연료전지 스택에서 승온된 제1열교환매체가 유입된다.

도 10을 계속 참조하면, 보조 라디에이터(200)에 제2열교환매체 유입구(240)와 제2열교환매체 배출구(250)가 형성되어 제2열교환매체의 유출입이 가능하다. 또한, 상기 제2열교환매체 유입구(240)는 상기 보조 필러넥(90)측으로 상기 제2열교환매체의 유량을 분기하는 커넥터(500)를 구비한다. 상기 커낵터(500)는 메인 라디에이터(100)에 형성되는 보조 필러넥(90)과 제2열교환매체 유입구(240)가 연결되도록 형성된다.

또한, 보조 필러넥(90)은 상기 메인 라디에이터의 헤더탱크(120) 상부 일측 면에 외측 방향으로 돌출형성된다. 또한 상기 보조 필러넥(90)은 일측에 리저버탱크(400)와 연결되는 오버플로우관(92)이 구비되어 리저버탱크(400)와 보조 필러넥(90)이 연결된다. 또한 상기 보조 필러넥(90)은 상기 커낵터(500)와 연결되어, 전장품에서 승온된 제2열교환매체가 유입된다.

도 9와 도 10과 같이 보조 필러넥(90)이 메인 라디에이터의 헤더탱크 상부에 구비된다. 상기 보조 필러넥(90)에 구비된 오버플로우관(92)은 보조 필러넥(90)과 리저버탱크(400)를 연결한다. 상기 보조 필러넥과 연결되는 리저버탱크(400)는 일정 압력에 따라 일정 압력시에만 리저버탱크의 개폐가 결정되는 가압식 리저버탱크 대신에, 보조 라디에이터(200)의 내부 압력에 따라 리저버탱크(400)의 개폐가 결정되는 대기 개방식 리저버탱크로 구성된다.

상기 대기 개방식 리저버탱크는 보조 라디에이터(200)의 내부 압력이 과도하게 높아지면 보조 필러넥(90) 내부의 압력밸브에 의해 오버플로우관(92)이 개방되어 제2열교환매체가 리저버탱크(400)에 귀환함으로써 라디에이터 내부의 압력을 유지하는 특징을 갖는다.

보조 라디에이터(200)에 보조 필러넥(90)이 구비되어 리저버탱크(400)가 대기 개방식 리저버탱크로 구성된 경우, 메인 라디에이터(100)의 하부에 보조 라디에이터의 리저버탱크(400)가 설치될 수 있다. 뿐만 아니라 메인 라디에이터(100)의 상부에도 보조 라디에이터의 리저버탱크(400)가 설치될 수도 있어, 종래처럼 전장용 리저버탱크(400)를 내연기관용 라디에이터 또는 연료 전지 스택용 라디에이터 하부에만 설치해야 하는 설계상의 제약이 해소된다. 그에 따라, 엔진룸에 전장용 리저버탱크(400)가 위치할 수 있는 공간 자유도를 증가시켜 냉각시스템의 최적 설계를 가능하게 한다.

도 11을 참조하면 메인 필러넥(80)은 제1열교환매체가 메인 라디에이터의 헤더탱크(110)로부터 상기 메인 필러넥(80)으로 흐르도록 개방된 형태로 구성된다.

그러나, 보조 필러넥(90)은 상기 보조 라디에이터(200)의 제2열교환매체가 상기 메인 라디에이터의 헤더탱크(110)에 흐를 수 없도록 상기 메인 라디에이터의 헤더탱크(110)에 대하여 폐쇄된 형태로 구성된다.

따라서 메인 라디에이터를 흐르는 제1열교환매체는 메인 필러넥(80)을 통과할 수 있으나, 보조 라디에이터(200)를 흐르는 제2열교환매체는 상기 메인 라디에이터의 헤더탱크(110)에 흐를 수 없어, 제2열교환매체와 제1열교환매체는 혼합되지 않는다.

본 발명의 제1 및 제2 열교환매체는 냉각공기, 냉각수, 오일, CFC/HCFC계 냉매가 가능하며, 냉각수가 바람직하다. 더욱 바람직하게는 본 발명에서 제1열교환매체는 승온된 엔진 또는 연료 전지 스택을 냉각시키는 엔진용 냉각수이거나 연료 전지 스택용 냉각수이고, 제2열교환매체는 승온된 전장품을 냉각시키는 전장용 냉각수이다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

1000: 차량용 쿨링모듈
80: 메인 필러넥 81: 몸체 82: 오버플로우관
83: 유입구 연결부 84: 캡
90: 보조 필러넥 91: 몸체 92: 오버플로우관
93: 커낵터 연결부 94: 캡
100: 메인 라디에이터
110 : 헤더탱크 110a : 탱크 110b : 헤더
120 : 헤더탱크 120a : 탱크 120b : 헤더
140: 제1열교환매체 유입구 150: 제1열교환매체 배출구
160: 튜브 170 : 방열핀
200: 보조 라디에이터
210 : 헤더탱크 210a : 탱크 210b : 헤더
220 : 헤더탱크 220a : 탱크 220b : 헤더
240: 제2열교환매체 유입구 250 : 제2열교환매체 배출구
260: 튜브 270 : 방열핀
300: 리저버탱크 400: 리저버탱크
500: 커낵터
600: 콘덴서
700: 팬슈라우드

Claims (7)

1. 일정거리 이격되어 한 쌍으로 나란하게 형성되는 헤더탱크(110, 120), 상기 헤더탱크 각각에 형성되는 제1열교환매체 유입구(140)와 제1열교환매체 배출구(150), 상기 한 쌍의 헤더탱크에 양단이 고정되어 제1열교환매체 유로를 형성하는 튜브(160), 및 상기 튜브(160) 사이에 설치되는 복수의 방열핀(170)을 포함하는 메인 라디에이터(100);
   일정거리 이격되어 한 쌍으로 나란하게 형성되는 헤더탱크(210, 220), 상기 헤더탱크 각각에 형성되는 제2열교환매체 유입구(240)와 제2열교환매체 배출구(250), 상기 한 쌍의 헤더탱크에 양단이 고정되어 제2열교환매체 유로를 형성하는 튜브(260), 및 상기 튜브(260) 사이에 설치되는 복수의 방열핀(270)을 포함하는 보조 라디에이터(200);
   상기 메인 라디에이터(100)의 전방에서 상기 보조 라디에이터(200)의 상단에 구성되는 콘덴서(600); 및 상기 메인 라디에이터(100)의 후방에 구비되는 팬슈라우드(700)를 포함하는 차량용 쿨링모듈(1000)에 있어서,
   상기 메인 라디에이터의 헤더탱크에 제1열교환매체의 압력을 조절하는 메인 필러넥(80)과 제2열교환매체의 압력을 조절하는 보조 필러넥(90)이 구비된 것을 특징으로 하는 차량용 쿨링모듈(1000).
2. 제1항에 있어서, 상기 메인 필러넥(80)과 상기 보조 필러넥(90)은 상기 메인 라디에이터의 헤더탱크에 일체 사출로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 쿨링모듈(1000).
3. 제1항에 있어서,
   상기 메인 필러넥(80)은 상기 메인 라디에이터의 헤더탱크(110) 일측 면에 외측 방향으로 돌출형성되고,
   내부가 중공된 관형태로 라디에이터 탱크측면이 개방되며 타측이 폐쇄되는 몸체(81)와,
   일측에 리저버탱크(300)와 연결되는 오버플로우관(82)과,
   상기 제1열교환매체 유입구(140)와 연결되는 유입구 연결부(83)를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 쿨링모듈(1000).
4. 제1항에 있어서, 상기 제2열교환매체 유입구(240)는 상기 보조 필러넥(90)측으로 상기 제2열교환매체의 유량을 분기하는 커넥터(500)를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 쿨링모듈(1000).
5. 제1항에 있어서,
   상기 보조 필러넥(90)은 상기 메인 라디에이터의 헤더탱크 일측 면에 외측 방향으로 돌출형성되고,
   내부가 중공된 관형태로 양측이 폐쇄되는 몸체(91)와,
   일측에 리저버탱크(400)와 연결되는 오버플로우관(92)과,
   상기 커낵터(500)와 연결되는 커낵터 연결부(93)를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 쿨링모듈(1000).
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1열교환매체는 승온된 엔진 또는 연료 전지 스택을 냉각시키는 엔진용 냉각수 또는 연료 전지 스택용 냉각수이며,
   상기 제2열교환매체는 승온된 전장품을 냉각시키는 전장용 냉각수인 것을 특징으로 하는 차량용 쿨링모듈(1000).
7. 제1항에 있어서,
   상기 메인 필러넥(80) 및 상기 보조 필러넥(90)은 상기 메인 라디에이터의 헤더탱크 상부에 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 쿨링모듈(1000).

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