KR20200139091A

KR20200139091A - 열관리 시스템

Info

Publication number: KR20200139091A
Application number: KR1020200065826A
Authority: KR
Inventors: 황인국; 김성훈; 이해준
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2019-06-03
Filing date: 2020-06-01
Publication date: 2020-12-11

Abstract

본 발명의 열관리 시스템은 냉각수가 저장되며 연결되는 냉각수 라인 상에 냉각수를 보충할 수 있는 리저버 탱크; 냉각수의 유동방향으로 상기 리저버 탱크의 하류측에 연결되며, 냉각수의 유동 방향을 조절할 수 있는 유로 전환밸브; 및 냉각수의 유동방향으로 상기 유로 전환밸브의 하류측에 연결되며, 냉각수 라인을 따라 냉각수를 압송하는 냉각수 순환 펌프; 를 포함하여 구성되되, 상기 리저버 탱크, 유로 전환밸브 및 냉각수 순환 펌프의 배치 구조를 통해 차량의 냉각수 시스템을 구성하는 부품들 간을 연결하는 길이가 최소화되고 전체적인 냉각수의 흐름이 중력방향으로 형성되어, 냉각수의 압력 강하를 줄일 수 있으며 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 열관리 시스템에 관한 것이다.

Description

열관리 시스템 {Thermal management system}

본 발명은 차량의 난방과 전장부품의 냉각 및 가열을 위한 냉각수 시스템을 구성하는 부품들을 모듈화한 열관리 시스템에 관한 것이다.

최근 자동차 분야에서 환경 친화적 기술의 구현 및 에너지 고갈 등의 문제 해결책으로서 각광받고 있는 것이 전기 자동차이다.

전기 자동차는 배터리 또는 연료전지로부터 전력을 공급받아 구동되는 모터를 이용해 주행하기 때문에 탄소 배출이 적고 소음이 작다. 또한, 전기 자동차는 기존의 엔진보다 에너지 효율이 우수한 모터를 사용하기 때문에 친환경적이다.

이러한 전기 자동차는 실내 공조를 위한 냉난방 및 구동 모터, 배터리, 인버터 등 전장부품들의 냉각을 위한 열관리 시스템이 구비된다.

그런데 열관리 시스템에는 차량의 실내 난방과 전장부품의 냉각 및 가열을 위한 냉각수 시스템이 구성되는데, 냉각수 시스템은 냉각수의 순환을 위해 구성되는 부품들의 수가 많고 이들을 연결해주는 배관의 수가 많아서 냉각수 시스템을 조립하는데 공정이 복잡하고 어렵다. 또한, 부품들을 연결해주는 배관의 길이가 길어지게 되어 유동되는 냉각수의 압력 강하에 의한 시스템의 성능 손실이 발생하게 된다.

KR 2014-0147365 A (2014.12.30)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 차량의 실내 난방과 전장부품의 냉각 및 가열을 위한 냉각수 시스템을 구성하는 부품들 사이의 거리를 줄여 부품들을 연결하는 배관에서 냉매의 압력 손실을 줄이고 시스템의 성능을 향상시키며, 조립성을 향상시킬 수 있는 열관리 시스템을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열관리 시스템은, 냉각수가 저장되며 연결되는 냉각수 라인 상에 냉각수를 보충할 수 있는 리저버 탱크; 냉각수의 유동방향으로 상기 리저버 탱크의 하류측에 연결되며, 냉각수의 유동 방향을 조절할 수 있는 유로 전환밸브; 및 냉각수의 유동방향으로 상기 유로 전환밸브의 하류측에 연결되며, 냉각수 라인을 따라 냉각수를 압송하는 냉각수 순환 펌프; 를 포함하고, 상기 유로 전환밸브 및 냉각수 순환 펌프는 각각 높이방향으로 상기 리저버 탱크의 하부에 배치되어 리저버 탱크에 결합될 수 있다.

또한, 상기 리저버 탱크의 냉각수 출구와 상기 유로 전환밸브의 냉각수 입구는 서로 동일선상에 근접하게 배치될 수 있다.

또한, 상기 유로 전환밸브 및 냉각수 순환 펌프는 높이방향으로 서로 대응되는 높이에 배치되며, 상기 유로 전환밸브는 냉각수 순환 펌프의 냉각수 입구측에 배치되되 상기 유로 전환밸브의 냉각수 출구와 상기 냉각수 순환 펌프의 냉각수 입구는 서로 동일선상에 근접하게 배치될 수 있다.

또한, 상기 리저버 탱크의 냉각수 입구는 높이방향 상측에 형성되고 냉각수 출구는 높이방향 하측에 형성될 수 있다.

또한, 상기 냉각수 순환 펌프의 냉각수 출구는 높이방향 하측을 향해 형성될 수 있다.

또한, 상기 유로 전환밸브는 냉각수가 유입되는 냉각수 입구가 형성되고, 상기 유로 전환밸브는 냉각수가 배출되는 2개 이상의 냉각수 출구가 형성되며, 상기 리저버 탱크의 냉각수 출구와 상기 유로 전환밸브의 냉각수 입구는 서로 동일선상에 근접하게 배치되며, 상기 유로 전환밸브의 하나의 냉각수 출구와 상기 냉각수 순환 펌프의 냉각수 입구는 서로 동일선상에 근접하게 배치될 수 있다.

또한, 상기 리저버 탱크의 냉각수 출구와 상기 유로 전환밸브의 냉각수 입구를 연결하는 제1연결 부재; 및 상기 유로 전환밸브의 하나의 냉각수 출구와 상기 냉각수 순환 펌프의 냉각수 입구를 연결하는 제2연결 부재; 를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 리저버 탱크는 폭방향 일측에 상기 유로 전환밸브가 결합되는 제1고정부 및 상기 냉각수 순환 펌프가 결합되는 제2고정부가 형성되며, 상기 제1고정부 및 제2고정부는 리저버 탱크의 동일한 측면에 형성될 수 있다.

또한, 상기 리저버 탱크는 냉각수가 저장되는 몸체의 하면에서 하측으로 몸체와 연통되어 냉각수가 수용되는 돌출부가 형성되고, 상기 돌출부에서 폭방향으로 냉각수 출구가 형성되며, 상기 유로 전환밸브는 상기 리저버 탱크의 돌출부와 대응되는 높이에 배치될 수 있다.

또한, 상기 리저버 탱크의 길이방향 양측에서 연장 형성되며, 상기 리저버 탱크를 차체에 고정하기 위한 제1체결 브라켓 및 제2체결 브라켓을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 리저버 탱크의 제2고정부에 결합되는 제3체결 브라켓을 더 포함하며, 상기 제2고정부와 제3체결 브라켓의 사이에 냉각수 순환 펌프가 배치되어 고정될 수 있다.

또한, 상기 리저버 탱크는 냉각수의 유동방향으로 라디에이터의 하류측에 연결될 수 있다.

또한, 상기 유로 전환밸브의 다른 하나의 냉각수 출구는 냉각수의 유동방향으로 배터리측의 상류에 연결될 수 있다.

또한, 상기 냉각수 순환 펌프의 냉각수 출구는 수랭식 응축기, 히터코어 및 전장부품 중 어느 하나 이상에 연결될 수 있다.

본 발명의 열관리 시스템은 차량의 실내 난방과 전장부품의 냉각 및 가열을 위한 냉각수 시스템을 구성하는 부품들 사이의 거리가 줄어들어 부품들 간을 연결하는 배관에서 냉매의 압력 손실이 감소하고 시스템의 성능이 향상되며, 냉각수 시스템을 구성하는 부품들의 조립성이 향상되는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 냉각수 시스템 및 냉매 시스템을 포함한 열관리 시스템 전체를 나타낸 구성도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템을 나타낸 조립사시도 및 분해사시도이다.
도 5 내지 7은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템을 나타낸 정면도, 좌측면도 및 우측면도이다.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 열관리 시스템을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 냉각수 시스템 및 냉매 시스템을 포함한 열관리 시스템 전체를 나타낸 구성도이고, 도 2 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템을 나타낸 조립사시도 및 분해사시도이며, 도 5 내지 7은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템을 나타낸 정면도, 좌측면도 및 우측면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 열관리 시스템은 크게 리저버 탱크(370), 유로 전환밸브(320) 및 냉각수 순환 펌프(420)를 포함하여 구성될 수 있다.

리저버 탱크(370)는 냉각수를 냉각시키는 열교환기인 라디에이터(310)로부터 유입되는 냉각수를 저장하였다가 연결된 냉각수 라인 상으로 냉각수를 보충해주는 역할을 하며, 리저버 탱크(370)는 냉각수의 유동방향으로 라디에이터(310)의 하류측에 연결될 수 있다.

유로 전환밸브는 제2방향전환밸브(320)가 될 수 있으며, 제2방향전환밸브(320)는 냉각수의 유동방향으로 리저버 탱크(370)의 하류측에 연결될 수 있다. 그리고 일례로 제2방향전환밸브(320)는 냉각수가 유입되는 하나의 냉각수 입구가 형성되고 냉각수가 배출되는 2개의 냉각수 출구가 형성될 수 있다. 그리하여 제2방향전환밸브(320)는 유입되는 냉각수의 유동 방향을 조절하여 냉각수 입구가 2개의 출구 중 어느 하나의 냉각수 출구와 선택적으로 연통되도록 할 수 있으며, 또는 냉각수 입구가 2개의 냉각수 출구와 모두 흐름이 차단되도록 할 수도 있다.

냉각수 순환 펌프는 냉각수 라인을 따라 냉각수를 압송하는 펌프이며, 냉각수 순환 펌프는 제2냉각수 펌프(420)가 될 수 있다. 그리고 제2냉각수 펌프(420)는 냉각수의 유동방향으로 유로 전환밸브인 제2방향전환밸브(320)의 하류측에 연결될 수 있다. 또한, 일례로 제2냉각수 펌프(420)는 제2방향전환밸브(320)의 2개의 냉각수 출구 중 하나의 냉각수 출구에 연결될 수 있으며, 제2방향전환밸브(320)의 다른 하나의 냉각수 출구는 배터리(350)측의 상류에 연결될 수 있다. 여기에서 배터리(350)측은 냉각수가 배터리(350)와 배터리 칠러(252) 및 제3냉각수 펌프(340)를 차례로 순환하도록 구성된 냉각 시스템이 될 수 있으며, 일례로 제2방향전환밸브(320)의 다른 하나의 출구는 냉각수의 유동방향으로 배터리 칠러(252)의 하류 및 제3냉각수 펌프(340)의 상류에 연결될 수 있다. 또한, 일례로 제2냉각수 펌프(420)의 냉각수 출구는 수랭식 응축기(220), 히터코어(440) 및 전장부품(460)이 모두 연결되어 있는 제1방향전환밸브(410)에 연결되어, 제1방향전환밸브(410)의 작동에 의해 제2냉각수 펌프(420)의 냉각수 출구에서 토출되는 냉각수가 수랭식 응축기(220), 히터코어(440) 및 전장부품(460)을 차례로 통과하도록 조절될 수 있다. 또는, 제1방향전환밸브(410)의 작동에 의해 제2냉각수 펌프(420)의 냉각수 출구에서 토출되는 냉각수가 수랭식 응축기(220) 및 히터코어(440)를 거치지 않고 전장부품(460)을 통과하도록 조절될 수도 있다.

여기에서 상기 리저버 탱크(370)는 냉각수 입구인 입구 파이프(371)가 높이방향 상측에 형성되고 냉각수 출구인 출구 파이프(372)가 높이방향 하측을 향해 형성되며, 상기 유로 전환밸브인 제2방향전환밸브(320) 및 냉각수 순환 펌프인 제2냉각수 펌프(420)는 각각 높이방향으로 리저버 탱크(370)의 하부에 배치되어 리저버 탱크(370)에 결합 및 고정될 수 있다. 그리고 제2방향전환밸브(320) 및 제2냉각수 펌프(420)는 높이방향으로 서로 대응되는 높이에 배치될 수 있으며, 제2방향전환밸브(320)는 제2냉각수 펌프(420)의 냉각수 입구측에 배치될 수 있다. 즉, 라디에이터(310)에서 토출된 냉각수는 중력방향을 따라 리저버 탱크(370)의 상부쪽으로 유입되어 하부쪽으로 배출되고, 리저버 탱크(370)에서 배출된 냉각수는 제2방향전환밸브(320)를 거쳐 서로 대응되는 높이에 배치된 제2냉각수 펌프(420)로 유입되며, 제2냉각수 펌프(420)에서는 중력방향인 냉각수 펌프(420)의 하부쪽으로 배출될 수 있다.

이에 따라 본 발명의 열관리 시스템은 차량의 실내 난방과 전장부품의 냉각 및 가열을 위한 냉각수 시스템을 구성하는 부품들 사이의 거리가 줄어들어 부품들 간을 연결하는 배관에서 냉각수의 압력 손실이 감소하고 시스템의 성능이 향상될 수 있다. 또한, 전체적으로 중력방향의 냉각수 흐름이 형성되도록 구성 부품들이 배치되므로, 냉각수의 압력 손실이 감소하고 시스템의 성능이 향상될 수 있다.

또한, 리저버 탱크(370)의 냉각수 출구인 출구 파이프(372)와 제2방향전환밸브(320)의 냉각수 입구인 입구 파이프(321)는 서로 동일선상에 근접하게 배치될 수 있으며, 리저버 탱크(370)의 출구 파이프(372)와 제2방향전환밸브(320)의 입구 파이프(321)는 제1연결 부재(325)로 연결되어 서로 연통될 수 있다.

또한, 제2방향전환밸브(320)의 냉각수 출구인 제1출구 파이프(322)와 제2냉각수 펌프(420)의 냉각수 입구인 입구 파이프(421)는 서로 동일선상에 근접하게 배치될 수 있으며, 제2방향전환밸브(320)의 제1출구 파이프(322)와 제2냉각수 펌프(420)의 입구 파이프(421)는 제2연결 부재(326)로 연결되어 서로 연통될 수 있다.

그리하여 리저버 탱크(370)와 제2방향전환밸브(320) 사이의 냉각수 유로 길이가 최소화되고, 제2방향전환밸브(320)와 제2냉각수 펌프(420) 사이의 냉각수 유로 길이가 최소화되어, 유동되는 냉각수의 압력 강하가 줄어들고 냉각수의 압송이 원활하게 이루어질 수 있어 냉각수 펌프에서 소비 동력도 절감될 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템은 크게 냉각수가 순환되어 실내를 난방하고 부품들을 냉각 및 가열하는 냉각수 시스템(300), 및 냉매가 순환되어 실내를 냉방하는 냉매 시스템(200)을 포함하여 구성될 수 있다. 그리고 냉각수 시스템(300)은 실내 난방을 위한 난방라인(301)과, 전장부품(460) 및 배터리(350)의 냉각과 가열을 위한 냉각라인(302)으로 구성될 수 있다.

여기에서 본 발명에 따른 냉각수 시스템(300)의 난방라인(301)은 수랭식 응축기(220), 제1냉각수 펌프(450), 냉각수 히터(430), 히터코어(440) 및 제1방향전환밸브(410)를 포함할 수 있다.

수랭식 응축기(220)는 냉매 및 냉각수가 통과하면서 서로 열교환될 수 있다. 제1냉각수 펌프(450)는 난방라인(301)을 따라 냉각수가 순환되도록 냉각수를 압송하는 수단이며, 제1냉각수 펌프(450)는 냉각수의 유동 방향으로 수랭식 응축기(220)의 하류에 배치되어 냉각수라인 상에 설치될 수 있다. 냉각수 히터(430)는 냉각수를 가열하는 장치이며, 냉각수의 유동방향으로 제1냉각수 펌프(450)의 하류 및 히터코어(440)의 상류에 배치되어 연결될 수 있다. 히터코어(440)는 차량의 공조장치(150) 내에 배치될 수 있으며, 히터코어(440)는 냉각수의 유동 방향으로 냉각수 히터(430)의 하류에 배치되어 연결될 수 있다. 제1방향전환밸브(410)는 히터코어(440)와 수랭식 응축기(220)의 사이에 설치될 수 있으며, 난방라인(301)과 이후에 설명할 냉각라인(302)을 선택적으로 연결하거나 연결을 차단하도록 구성될 수 있다. 보다 상세하게 제1방향전환밸브(410)는 난방라인(301) 상에 설치되어 2개의 냉각수라인 배관이 제1방향전환밸브(410)에 연결되고, 냉각라인(302)의 일측에서 분기된 1개의 제1연결라인(302-1)이 제1방향전환밸브(410)에 연결되며, 냉각라인(302)의 타측에서 분기된 1개의 제2연결라인(302-2)이 제1방향전환밸브(410)에 연결될 수 있다. 즉, 제1방향전환밸브(410)에서는 4개의 냉각수 라인이 만나도록 연결되며, 제1방향전환밸브(410)는 4개의 냉각수 라인들이 서로 연결되거나 차단된 상태를 조절할 수 있는 4방향의 방향전환밸브가 될 수 있다.

또한, 냉각수 시스템(300)에서 냉각라인(302)은 라디에이터(310), 리저버 탱크(370), 유로 전환밸브(320), 냉각수 순환 펌프(420), 제1방향전환밸브(410), 전장부품(460), 제1냉각수 조인트(313), 제2냉각수 조인트(312), 제3냉각수 펌프(340), 배터리(350), 배터리 칠러(252) 및 제3방향전환밸브(330)를 포함할 수 있다. 라디에이터(310)는 전장부품(460) 또는 배터리(350)와 열교환된 냉각수를 냉각시키는 열교환기이며, 라디에이터(310)는 냉각팬(311)에 의해 공랭식으로 냉각될 수 있다. 리저버 탱크(370)는 냉각수를 저장 및 냉각수라인 상에 부족한 냉각수를 보충하는 역할을 하며, 리저버 탱크(370)는 냉각수의 유동방향으로 냉각수 순환 펌프(420) 및 제3냉각수 펌프(340) 상류의 냉각수라인 상에 설치될 수 있다. 여기에서 본 발명에 따른 유로 전환밸브(320)는 제2방향전환밸브(320)일 수 있으며, 냉각수 순환 펌프(420)는 제2냉각수 펌프(420)일 수 있다. 제2방향전환밸브(320)는 냉각라인(302) 상에 설치되어 2개의 냉각수 배관이 제2방향전환밸브(320)에 연결되고, 난방라인(301)과 냉각라인(302)이 연결되도록 제1방향전환밸브(410)와 제2방향전환밸브(320)가 제1연결라인(302-1)으로 연결될 수 있다. 즉, 제2방향전환밸브(320)는 3개의 냉각수라인이 만나도록 연결되며, 제2방향전환밸브(320)는 3개의 냉각수라인들이 서로 연결되거나 차단된 상태를 조절할 수 있는 3방향의 방향전환밸브가 될 수 있다. 제2냉각수 펌프(420)는 냉각라인(302)을 따라 냉각수가 순환되도록 냉각수를 압송하는 수단이다. 그리고 제2냉각수 펌프(420)는 제1방향전환밸브(410)와 제2방향전환밸브(320) 사이의 제1연결라인(302-1) 상에 설치되어, 제2냉각수 펌프(420)의 작동에 의해 제2방향전환밸브(320)에서 제1방향전환밸브(410)쪽으로 냉각수가 흐를 수 있다. 제1방향전환밸브(410)는 상기한 난방라인(301)에서 설명한 바와 같다. 전장부품(460)은 제1방향전환밸브(410)와 제2냉각수 조인트(312)를 연결하는 제2연결라인(302-2) 상에 배치되어, 냉각수에 의해 전장부품(460)이 냉각될 수 있다. 그리고 전장부품(460)은 구동 모터, 인버터, 충전기(OBC; On Board Charger) 등이 될 수 있다. 제3냉각수 펌프(340)는 냉각라인(302)을 따라 냉각수가 순환되도록 냉각수를 압송하는 수단이다. 그리고 제3냉각수 펌프(340)는 제1냉각수 조인트(313)와 배터리(350) 사이의 냉각수라인에 설치되어, 제3냉각수 펌프(340)에서 배터리(350)쪽으로 냉각수가 흐를 수 있다. 배터리(350)는 차량의 동력원이며, 차량 내 각종 전장부품(460)의 구동원이 될 수 있다. 또는 배터리(350)는 연료전지와 연결되어 전기를 저장하는 역할을 하거나, 외부에서 공급되는 전기를 저장하는 역할을 할 수 있다. 그리고 배터리(350)는 제3냉각수 펌프(340)와 제3방향전환밸브(330) 사이의 냉각수라인 상에 배치될 수 있다. 그리하여 유동되는 냉각수와 열교환되어 배터리(350)가 냉각되거나 가열될 수 있다. 제1냉각수 조인트(313)는 냉각수의 유동방향으로 제2방향전환밸브(320)의 하류측 냉각수라인에 설치되며, 제1냉각수 조인트(313)는 3개의 냉각수라인이 만나도록 연결된다. 즉, 제1냉각수 조인트(313)는 냉각라인(302) 상에 양측이 연결되도록 설치되며, 하측에는 제3연결라인(302-3)이 연결될 수 있다. 여기에서 제3연결라인(302-3)은 배터리 칠러(252)를 통과하도록 연결될 수 있다. 제2냉각수 조인트(312)는 제2연결라인(302-2)의 후단이 냉각라인(302)과 만나는 지점에 설치될 수 있으며, 제2냉각수 조인트(312)에서 3개의 냉각수라인이 만나도록 연결된다. 즉, 제2냉각수 조인트(312)는 냉각라인(302) 상에 양측이 연결되도록 설치되며, 상측에는 제2연결라인(302-2)이 연결될 수 있다. 배터리 칠러(252)는 상기한 난방라인(301)에서 설명한 바와 같다. 제3방향전환밸브(330)는 배터리(350)와 제2냉각수 조인트(312) 사이의 냉각수라인 상에 설치되며, 2개의 냉각수 배관이 제3방향전환밸브(330)에 연결되고, 제3방향전환밸브(330)의 상측에 제3연결라인(302-3)이 연결되어 배터리(350)와 제3연결라인(302-3)이 병렬로 연결되도록 구성될 수 있다. 이때, 제2방향전환밸브(320)는 3개의 냉각수라인들이 서로 연결되거나 차단된 상태를 조절할 수 있는 3방향의 방향전환밸브가 될 수 있다.

그리고 냉매 시스템(200)은 압축기(210), 수랭식 응축기(220), 제1팽창밸브(225), 공랭식 응축기(230), 제1연결 블록(270), 제2팽창밸브(240), 증발기(242), 냉매 열교환기(233), 어큐뮬레이터(260), 제3팽창밸브(251) 및 배터리 칠러(252)를 포함할 수 있다.

압축기(210)는 전력을 공급받아 구동되는 전동 압축기일 수 있으며, 냉매를 흡입 및 압축하여 수랭식 응축기(220)쪽으로 토출하는 역할을 한다. 수랭식 응축기(220)는 압축기(210)에서 토출된 냉매를 냉각수와 열교환시켜 액상 냉매로 응축하여 제1팽창밸브(225)쪽으로 보내는 역할을 한다. 제1팽창밸브(225)는 냉매를 교축하거나 바이패스 시키거나 냉매의 흐름을 차단하는 역할을 할 수 있으며, 냉매의 유동 방향으로 수랭식 응축기(220)의 하류에 배치될 수 있다. 공랭식 응축기(230)는 응축기 또는 증발기 역할을 하며, 제1팽창밸브(225)의 역할에 따라 공랭식 응축기(230)의 기능이 가변될 수 있다. 즉, 냉매 시스템(200)이 에어컨 루프로 사용되는 경우 제1팽창밸브(225)는 완전 개방되어 냉매를 통과시키고 공랭식 응축기(230)는 수랭식 응축기(220)와 함께 응축기의 역할을 하며, 냉매 시스템(200)이 히트펌프 루프로 사용되는 경우 제1팽창밸브(225)에서는 냉매를 교축하며 공랭식 응축기(230)는 증발기 역할을 한다. 그리고 공랭식 응축기(230)는 외부 공기에 의해 공랭식으로 냉각 또는 가열될 수 있다. 제1연결 블록(270)은 냉매의 유동방향으로 공랭식 응축기(230)의 하류측에 형성될 수 있고, 제1연결 블록(270)은 제1포트, 제2포트 및 제3포트가 형성되어 내부를 통과하는 유로를 통해 상기한 3개의 포트들이 서로 연통된다. 그리하여 제1연결 블록(270)에서 2개의 냉매라인으로 분기되어 하나의 냉매라인은 증발기(242)와 연결되고 다른 하나의 냉매라인은 배터리 칠러(252)와 연결되도록 구성될 수 있다. 제2팽창밸브(240) 및 제3팽창밸브(251)는 냉매를 교축하거나 통과시키거나 냉매의 흐름을 차단하는 역할을 할 수 있다. 그리고 제2팽창밸브(240) 및 제3팽창밸브(251)는 병렬로 구성될 수 있다. 즉, 제1연결 블록(270)에서 두 개의 냉매라인으로 분기된 냉매라인 중 하나의 냉매라인에 제2팽창밸브(240)가 연결되고 다른 하나의 냉매라인에 제3팽창밸브(251)가 연결될 수 있다. 이때, 제2팽창밸브(240)는 냉매의 유동방향으로 증발기(242)의 상류에 배치되고 제3팽창밸브(251)는 배터리 칠러(252)의 상류에 배치될 수 있다. 증발기(242)는 냉매의 유동방향으로 제2팽창밸브(240)의 하류에 배치되며, 차량의 공조장치(150) 내부에 구비되어 공조장치의 송풍기(152)에 의해 유동되는 공기가 증발기(242)를 거치며 냉각되어 차량의 실내로 공급되어 차량의 실내 냉방에 이용될 수 있다. 냉매 열교환기(233)는 제2팽창밸브(240)로 유입되는 냉매와 증발기(242)에서 배출되는 냉매를 상호 열교환시켜 냉방 성능을 향상시키는 역할을 한다. 여기에서 냉매 열교환기(233)는 제1연결 블록(270)과 제2팽창밸브(240)를 연결하는 냉매라인이 통과하고, 증발기(242)와 어큐뮬레이터(260)를 연결하는 냉매라인이 통과하도록 구성되어, 제2팽창밸브(240)로 유입되기 전의 냉매와 증발기(242)를 통과한 후의 냉매가 냉매 열교환기(233)에서 서로 열교환이 일어날 수 있다. 그리하여 냉매 열교환기(233)에 의해 제2팽창밸브(240)로 유입되기 전에 냉매는 더욱 냉각될 수 있으며, 증발기(242)를 통한 냉방 성능이 향상됨과 동시에 냉매 시스템의 효율이 향상될 수 있다. 배터리 칠러(252)는 냉매의 유동방향으로 제3팽창밸브(251)의 하류에 배치되며, 냉각수와 열교환되어 냉각수가 냉각될 수 있다. 그리하여 제2팽창밸브(240)와 증발기(242)가 한 조를 이루고 제3팽창밸브(251)와 배터리 칠러(252)가 다른 한 조를 이루어, 두 조가 냉매라인 상에서 병렬로 구성된다. 또한, 냉매 유동방향으로 증발기(242)와 배터리 칠러(252)의 하류측은 냉매라인이 합류되어 하나의 냉매라인으로 형성될 수 있다. 어큐뮬레이터(260)는 냉매 중 액상 냉매와 기상 냉매를 분리하여 기상 냉매만 압축기(210)로 공급할 수 있다. 여기에서 증발기(242)의 후방측과 배터리 칠러(252)의 하류측 냉매라인이 합류된 지점에 어큐뮬레이터(260)가 배치되어 연결되며, 어큐뮬레이터(260)는 냉매 유동방향으로 압축기(210)의 상류에 배치될 수 있다.

또한, 공조장치(150)는 공기를 송풍시킬 수 있도록 일측에 송풍기(152)가 설치되어 있으며, 공조장치(150)의 내부에는 온도조절도어(151)가 설치될 수 있다. 또한, 공조장치 내에 배치된 증발기(242) 및 히터코어(440)는 온도조절도어(151)의 작동에 따라 송풍기(152)에서 토출된 공기가 증발기(242)만을 거친 후 실내로 유입되도록 하거나, 증발기(242)를 거친 후 히터코어(440)를 통과하여 실내로 유입될 수 있도록 배치 및 구성될 수 있다.

이하 앞에서 설명한 본 발명의 일실시예에 따른 냉각수 시스템의 구성에 대해 보다 상세히 설명한다.

도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 냉각수 시스템은 리저버 탱크(370), 유로 전환밸브(320) 및 냉각수 순환 펌프(420)를 포함할 수 있다. 그리고 본 발명의 냉각수 시스템은 리저버 탱크(370)의 출구 파이프(372)와 유로 전환밸브(320)의 입구 파이프(321)를 연결하는 제1연결 부재(325), 및 유로 전환밸브(320)의 제1출구 파이프(322)와 냉각수 순환 펌프(420)의 입구 파이프(421)를 연결하는 제2연결 부재(326)를 더 포함할 수 있다.

리저버 탱크(370)는 직육면체 형태로 형성된 몸체(370a) 및 몸체(370a)의 하면에서 높이방향 하측으로 돌출된 돌출부(370b)를 포함할 수 있으며, 돌출부(370b)는 폭방향으로 몸체(370a)의 후방측 하면의 일부분이 돌출된 형태로 형성될 수 있다. 그리고 몸체(370a) 및 돌출부(370b)는 냉각수가 수용될 수 있도록 내부가 비어있는 형태로 형성될 수 있으며, 몸체(370a)와 돌출부(370b)는 내부의 빈 공간이 서로 연통되게 형성될 수 있다. 또한, 몸체(370a)의 길이방향 좌측면에는 냉각수가 유입되는 입구 파이프(371)가 길이방향 좌측을 향해 연장 형성되고, 돌출부(370b)의 폭방향 전면에는 냉각수가 배출되는 출구 파이프(372)가 폭방향 전방을 향해 연장 형성되되, 폭방향 전면에서 길이방향의 좌측에 출구 파이프(372)가 형성될 수 있다. 또한, 리저버 탱크(370)는 몸체(370a)의 상측에 유체를 주입할 수 있는 주입구가 형성되며, 상기 주입구에는 마개(370c)가 개폐 가능하게 결합될 수 있다.

또한, 리저버 탱크(370)의 폭방향 전면에는 제1고정부(373) 및 제2고정부(374)가 폭방향 전방을 향해 돌출 형성될 수 있다. 즉, 리저버 탱크(370)의 동일한 측면에 제1고정부(373) 및 제2고정부(374)가 형성될 수 있다. 이때, 제1고정부(373) 및 제2고정부(374)는 길이방향으로 이격되어 있으며, 제1고정부(373)는 길이방향으로 좌측에 형성되되, 길이방향으로 제1고정부(373)가 리저버 탱크(370)의 출구 파이프(372)에 대응되는 위치에 형성될 수 있으며, 제2고정부(373)는 길이방향으로 우측에 형성될 수 있다. 여기에서 리저버 탱크(370)의 몸체(370a), 돌출부(370b), 입구 파이프(371), 출구 파이프(372), 제1고정부(373) 및 제2고정부(374)는 동일한 재질로 일체로 형성되어 이음매가 없게 형성될 수 있다. 또는 몸체(370a) 및 돌출부(370b)는 서로 동일한 재질로 형성되고, 입구 파이프(371), 출구 파이프(372), 제1고정부(373) 및 제2고정부(374) 중 어느 하나 이상이 몸체(370a) 및 돌출부(370b)와는 다른 재질로 형성되어 일체로 형성될 수도 있다. 이외에도 리저버 탱크(370)는 다양하게 형성될 수 있다.

유로 전환밸브(320)는 냉각수가 유입되는 입구 파이프(321)와 냉각수가 배출되는 제1출구 파이프(322) 및 제2출구 파이프(323)가 형성되어, 입구 파이프(321)와 제1출구 파이프(322) 및 제2출구 파이프(323)가 내부의 유로를 통해 서로 연통되어 있되 서로 연결되거나 차단된 상태를 조절할 수 있는 3방향의 전환밸브가 될 수 있다. 그리고 유로 전환밸브(320)는 높이방향으로 리저버 탱크(370)의 제1고정부(373)의 하측에 배치되어 유로 전환밸브(320)의 상면이 제1고정부(373)의 하면에 밀착된 상태로 결합되어, 체결수단 등에 의해 유로 전환밸브(320)가 제1고정부(373)에 고정될 수 있다. 일례로 도시된 바와 같이 제1고정부(373)에는 상하를 관통하는 관통공이 형성되고 유로 전환밸브(320)에는 암나사산이 형성되어, 볼트의 수나사산 부분이 관통공을 통과하여 암나사산에 체결되도록 하여 결합될 수 있다.

또한, 유로 전환밸브(320)는 리저버 탱크(370)의 돌출부(370b)와 대응되는 높이에 배치될 수 있고, 유로 전환밸브(320)의 입구 파이프(321)는 유로 전환밸브(320)의 폭방향 후면에서 돌출 형성되며, 유로 전환밸브(320)의 입구 파이프(321)는 리저버 탱크(370)의 출구 파이프(372)와 서로 동일선상에 근접하게 배치될 수 있다. 그리하여 제1연결 부재(325)의 일측이 리저버 탱크(370)의 출구 파이프(372)에 연결되고 제1연결 부재(325)의 타측이 유로 전환밸브(320)의 입구 파이프(321)에 연결될 수 있다. 여기에서 제1연결 부재(325)는 용이한 연결을 위해 유연성이 있는 호스 등이 될 수 있다. 또한, 유로 전환밸브(320)의 제1출구 파이프(322)는 길이방향으로 유로 전환밸브(320)의 우측면에서 우측 방향으로 돌출 형성되고, 제2출구 파이프(323)는 높이방향으로 유로 전환밸브(320)의 하면에서 하측방향으로 돌출 형성될 수 있다.

냉각수 순환 펌프(420)는 냉각수를 압송할 수 있는 수단이다. 그리고 냉각수 순환 펌프(420)는 냉각수가 유입되는 입구 파이프(421) 및 내부에서 승압된 후 냉각수가 배출되는 출구 파이프(422)가 형성될 수 있다. 냉각수 순환 펌프(420)는 높이방향으로 리저버 탱크(370)의 제2고정부(374)의 하측에 배치되어, 냉각수 순환 펌프(420)의 상면이 제2고정부(374)의 하면에 밀착된 상태로 결합될 수 있으며, 체결수단 등에 의해 유로 전환밸브(320)가 제1고정부(373)에 고정될 수 있다. 일례로 도시된 바와 같이 냉각수 순환 펌프(420)는 일반적으로 몸체가 원통형으로 형성되므로 제2고정부(374)의 하면이 상측으로 오목한 형태로 형성되어 냉각수 순환 펌프(420)가 오목한 부분에 안치될 수 있으며, 이 상태에서 상면이 하측으로 오목하게 형성된 형태의 제3체결 브라켓(378)이 제2고정부(374)에 볼트 등의 체결수단으로 결합되어, 제2고정부(374)와 제3체결 브라켓(378)의 사이에 냉각수 순환 펌프(420)가 배치되어 고정될 수 있다.

또한, 냉각수 순환 펌프(420)의 입구 파이프(421)는 냉각수 순환 펌프(420)의 길이방향 좌측면에서 돌출 형성되어, 상기 유로 전환밸브(320)의 제1출구 파이프(322)와 냉각수 순환 펌프(420)의 입구 파이프(421)가 서로 동일선상에 근접하게 배치될 수 있다. 그리하여 제2연결 부재(326)의 일측이 유로 전환밸브(320)의 제1출구 파이프(322)에 연결되고 제2연결 부재(326)의 타측이 냉각수 순환 펌프(420)의 입구 파이프(421)에 연결될 수 있다. 여기에서 제2연결 부재(326)도 용이한 연결을 위해 유연성이 있는 호스 등이 될 수 있다. 또한, 냉각수 순환 펌프(420)의 출구 파이프(422)는 높이방향 하측으로 연장 형성될 수 있다.

이에 따라 본 발명의 냉각수 시스템은 차량의 실내 난방과 전장부품의 냉각 및 가열을 위한 냉각수 시스템을 구성하는 부품들 사이의 거리가 줄어들어 부품들 간을 연결하는 배관에서 냉매의 압력 손실이 감소하고 시스템의 성능이 향상되며, 냉각수 시스템을 구성하는 부품들의 조립성이 향상될 수 있다.

또한, 본 발명의 냉각수 시스템의 리저버 탱크(370)는 몸체(370a)의 길이방향의 좌측면에서 제1체결 브라켓(376)이 연장 형성될 수 있으며, 몸체(370a)의 길이방향의 우측면에서 제2체결 브라켓(377)이 연장 형성될 수 있다. 이때, 제1체결 브라켓(376) 및 제2체결 브라켓(377)은 몸체(370a)와 일체로 형성될 수 있으며, 도 3 및 도 7에 도시된 바와 같이 제2체결 브라켓(377)에 별도의 브라켓이 추가로 결합될 수도 있다. 그리하여 제1체결 브라켓(376), 제2체결 브라켓(377) 및 상기한 제3체결 브라켓(378)이 차량의 차체에 결합되어 리저버 탱크(370)가 견고하게 고정될 수 있다.

그리고 리저버 탱크(370)의 입구 파이프(371)는 라디에이터(310)의 냉각수 출구에 연결되어, 라디에이터(310)에서 배출된 냉각수가 리저버 탱크(370)의 내부에 저장될 수 있다. 또한, 유로 전환밸브(320)의 제2출구 파이프(323)는 배터리(350)에 연결되어, 냉각수가 배터리(350)를 통과하면서 배터리(350)를 냉각시키거나 가열시킬 수 있다. 또한, 냉각수 순환 펌프(420)의 출구 파이프(422)는 수랭식 응축기(220), 히터코어(440) 및 전장부품(460) 중 어느 하나 이상에 연결될 수 있다. 보다 상세하게는 도 1을 참조하면, 냉각수 순환 펌프(420)의 출구 파이프(422)는 4방향으로의 냉각수 유동 방향을 조절할 수 있는 제1방향전환밸브(410)에 연결될 수 있으며, 제1방향전환밸브(410)의 작동에 따라 냉각수 순환 펌프(420)에서 토출된 냉각수가 수랭식 응축기(220), 제1냉각수 펌프(450), 냉각수 히터(430), 히터코어(440) 및 전장부품(460)을 차례대로 통과한 다음 라디에이터(310)로 유입될 수 있다. 또는 제1방향전환밸브(410)의 작동에 따라 냉각수 순환 펌프(420)에서 토출된 냉각수가 바로 전장부품(460)을 통과한 다음 라디에이터(310)로 유입될 수 있으며, 수랭식 응축기(220), 제1냉각수 펌프(450), 냉각수 히터(430) 및 히터코어(440)쪽으로는 냉각수 순환 펌프(420)에서 토출된 냉각수가 유동되지 않을 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

150 : 공조장치 151 : 온도조절도어
152 : 송풍기
200 : 냉매 시스템 210 : 압축기
220 : 수랭식 응축기
225 : 제1팽창밸브
230 : 공랭식 응축기 233 : 냉매 열교환기
240 : 제2팽창밸브
242 : 증발기 251 : 제3팽창밸브
252 : 배터리 칠러 260 : 어큐뮬레이터
270 : 제1연결 블록
300 : 냉각수 시스템 301 : 난방라인
302 : 냉각라인 302-1 : 제1연결라인
302-2 : 제2연결라인 302-3 : 제3연결라인
310 : 라디에이터 311 : 냉각팬
312 : 제2냉각수 조인트 313 : 제1냉각수 조인트
320 : 유로 전환밸브(제2방향전환밸브)
321 : 입구 파이프 322 : 제1출구 파이프
323 : 제2출구 파이프
325 : 제1연결 부재 326 : 제2연결 부재
330 : 제3방향전환밸브
340 : 제3냉각수 펌프 350 : 배터리
370 : 리저버 탱크
370a : 몸체 370b : 돌출부
370c : 마개
371 : 입구 파이프 372 : 출구 파이프
373 : 제1고정부 374 : 제2고정부
376 : 제1체결 브라켓 377 : 제2체결 브라켓
378 : 제3체결 브라켓
410 : 제1방향전환밸브
420 : 냉각수 순환 펌프(제2냉각수 펌프)
421 : 입구 파이프 422 : 출구 파이프
430 : 냉각수 히터 440 : 히터코어
450 : 제1냉각수 펌프 460 : 전장부품

Claims

냉각수가 저장되며 연결되는 냉각수 라인 상에 냉각수를 보충할 수 있는 리저버 탱크;
냉각수의 유동방향으로 상기 리저버 탱크의 하류측에 연결되며, 냉각수의 유동 방향을 조절할 수 있는 유로 전환밸브; 및
냉각수의 유동방향으로 상기 유로 전환밸브의 하류측에 연결되며, 냉각수 라인을 따라 냉각수를 압송하는 냉각수 순환 펌프; 를 포함하고,
상기 유로 전환밸브 및 냉각수 순환 펌프는 각각 높이방향으로 상기 리저버 탱크의 하부에 배치되어 리저버 탱크에 결합된 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 리저버 탱크의 냉각수 출구와 상기 유로 전환밸브의 냉각수 입구는 서로 동일선상에 근접하게 배치된 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 유로 전환밸브 및 냉각수 순환 펌프는 높이방향으로 서로 대응되는 높이에 배치되며, 상기 유로 전환밸브는 냉각수 순환 펌프의 냉각수 입구측에 배치되되 상기 유로 전환밸브의 냉각수 출구와 상기 냉각수 순환 펌프의 냉각수 입구는 서로 동일선상에 근접하게 배치된 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 리저버 탱크의 냉각수 입구는 높이방향 상측에 형성되고 냉각수 출구는 높이방향 하측에 형성된 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 냉각수 순환 펌프의 냉각수 출구는 높이방향 하측을 향해 형성된 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 유로 전환밸브는 냉각수가 유입되는 냉각수 입구가 형성되고, 상기 유로 전환밸브는 냉각수가 배출되는 2개 이상의 냉각수 출구가 형성되며,
상기 리저버 탱크의 냉각수 출구와 상기 유로 전환밸브의 냉각수 입구는 서로 동일선상에 근접하게 배치되며, 상기 유로 전환밸브의 하나의 냉각수 출구와 상기 냉각수 순환 펌프의 냉각수 입구는 서로 동일선상에 근접하게 배치된 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
제6항에 있어서,
상기 리저버 탱크의 냉각수 출구와 상기 유로 전환밸브의 냉각수 입구를 연결하는 제1연결 부재; 및
상기 유로 전환밸브의 하나의 냉각수 출구와 상기 냉각수 순환 펌프의 냉각수 입구를 연결하는 제2연결 부재;
를 더 포함하는 냉각수 시스템.
제1항에 있어서,
상기 리저버 탱크는 폭방향 일측에 상기 유로 전환밸브가 결합되는 제1고정부 및 상기 냉각수 순환 펌프가 결합되는 제2고정부가 형성되며,
상기 제1고정부 및 제2고정부는 리저버 탱크의 동일한 측면에 형성된 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 리저버 탱크는 냉각수가 저장되는 몸체의 하면에서 하측으로 몸체와 연통되어 냉각수가 수용되는 돌출부가 형성되고, 상기 돌출부에서 폭방향으로 냉각수 출구가 형성되며,
상기 유로 전환밸브는 상기 리저버 탱크의 돌출부와 대응되는 높이에 배치된 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 리저버 탱크의 길이방향 양측에서 연장 형성되며, 상기 리저버 탱크를 차체에 고정하기 위한 제1체결 브라켓 및 제2체결 브라켓을 더 포함하는 열관리 시스템.
제8항에 있어서,
상기 리저버 탱크의 제2고정부에 결합되는 제3체결 브라켓을 더 포함하며,
상기 제2고정부와 제3체결 브라켓의 사이에 냉각수 순환 펌프가 배치되어 고정된 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 리저버 탱크는 냉각수의 유동방향으로 라디에이터의 하류측에 연결되는 것을 특징으로 하는 냉각수 시스템.
제6항에 있어서,
상기 유로 전환밸브의 다른 하나의 냉각수 출구는 냉각수의 유동방향으로 배터리측의 상류에 연결되는 것을 특징으로 하는 냉각수 시스템.
제1항에 있어서,
상기 냉각수 순환 펌프의 냉각수 출구는 수랭식 응축기, 히터코어 및 전장부품 중 어느 하나 이상에 연결되는 것을 특징으로 하는 냉각수 시스템.