KR20210061520A - 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내부에 설치공간이 형성되고, 측벽의 둘레를 따라 이격되는 복수의 포트가 형성된 밸브하우징; 밸브하우징의 설치공간에 마련되며, 측면 둘레를 따라 복수의 유동홀이 형성되고, 내부에 복수의 유동채널이 형성되며, 유동채널은 이격된 서로 다른 유동홀들을 연결하는 밸브바디; 밸브바디 측면을 감싸는 형태로서 밸브하우징 측벽과 밸브바디 측면의 사이에 삽입되어 회전되고, 측면을 따라 복수의 개방부가 이격되어 형성되며, 회전 각도에 따라 이격된 서로 다른 포트들이 대응되는 개방부와 유동홀을 통해 하나의 유동채널에 연결됨으로써 입구포트와 출구포트를 구성하도록 하는 케이지; 및 케이지에 회전력을 전달하는 구동부;로 구성된 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브에 관한 발명이다.

Description

차량 통합 열관리 멀티포트 밸브{Integrated Thermal Management Valve For Vehicle}
본 발명은 차량의 통합 열관리 밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 통합 열관리 회로에 있어서 전장부품라인 및 배터리라인의 냉각매체 유동을 동시에 제어하기 위한 통합 열관리 밸브에 관한 것이다.
최근 친환경 자동차 보급 확대 정책과 고연비 차량 선호가 맞물려 국내 친환경차 등록대수가 증가하고 있는 추세이다. 친환경 자동차 중 전기 자동차는 석유 연료와 엔진을 사용하지 않고 전기 배터리와 전기 모터를 사용하여 운행하는 자동차이다. 전기 자동차는 배터리에 축적된 전기로 모터가 회전하며 자동차를 구동시키는 시스템을 가지고 있어 유해물질의 배출이 없고 소음이 작으며 에너지 효율이 높은 장점이 있다.
기존의 엔진 동력을 사용하는 자동차의 경우 엔진의 폐열을 이용하여 차내 난방 시스템을 가동하였으나, 전기 자동차는 엔진이 없으므로 전기를 사용하여 히터를 가동하는 시스템을 가지고 있다. 따라서 전기 자동차는 난방 시 주행거리가 크게 감소하는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 전기자동차의 공조 시스템과 열관리 시스템을 유기적으로 결합하는 방안이 활발하게 논의되고 있는 실정이다.
또한, 배터리 모듈은 최적의 온도환경에서 사용하여야 최적의 성능과 긴 수명을 유지할 수 있다. 그러나 구동 중 발생하는 열과 외부의 온도변화에 의해 최적의 온도환경에서 사용하기 어려운 실정이다.
종래에는 배터리를 냉각하는 배터리냉각라인과 전장부품을 냉각하는 전장부품냉각라인의 냉각수 유동을 각각의 라인에 포함된 밸브로 제어함에 따라 부품 수가 증가되고, 이에 따른 제어가 복잡해지는 문제가 있었다.
또한, 배터리냉각라인과 전장부품냉각라인을 동시에 제어할 수 있는 멀티 포트가 구비된 밸브에 대한 개발이 진행되고 있으나, 복수의 멀티 포트가 동일 평면상에 존재하여 밸브의 체적이 크고 배관 연결의 자유도가 낮은 문제점이 있었다.
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.
KR 제10-1558611호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 배터리라인과 전장부품라인의 냉각매체 유동을 동시에 제어하는 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브를 제공하고자 함이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브는 내부에 설치공간이 형성되고, 측벽의 둘레를 따라 이격되는 복수의 포트가 형성된 밸브하우징; 밸브하우징의 설치공간에 마련되며, 측면 둘레를 따라 복수의 유동홀이 형성되고, 내부에 복수의 유동채널이 형성되며, 유동채널은 이격된 서로 다른 유동홀들을 연결하는 밸브바디; 밸브바디 측면을 감싸는 형태로서 밸브하우징 측벽과 밸브바디 측면의 사이에 삽입되어 회전되고, 측면을 따라 복수의 개방부가 이격되어 형성되며, 회전 각도에 따라 이격된 서로 다른 포트들이 대응되는 개방부와 유동홀을 통해 하나의 유동채널에 연결됨으로써 입구포트와 출구포트를 구성하도록 하는 케이지; 및 케이지에 회전력을 전달하는 구동부;로 구성될 수 있다.
상기 밸브하우징은 원기둥 형상으로 이루어지되, 구동부와 회전축 방향으로 마주하는 개방된 상면, 원형의 하면 및 하면을 둘러싸는 링 형상의 측벽으로 구성되어 하면과 측벽에 의하여 설치공간이 형성되고, 케이지는 원기둥 형상으로 이루어지되, 구동부와 회전축 방향으로 결합되어 밸브하우징의 개방된 상면을 덮는 원형의 상면, 상면을 둘러싸는 링 형상의 측면 및 개방되어 밸브바디를 감싸도록 구성되는 하면으로 구성될 수 있다.
상기 케이지의 측면은 밸브하우징의 측벽의 곡률에 대응되도록 형성되어 밸브하우징의 상면을 실링하도록 구성될 수 있다.
상기 케이지는 상면의 중앙에 구동부의 방향으로 돌출 형성되는 결합부가 형성되고 결합부가 구동부에 삽입되어 회전가능하도록 구성될 수 있다.
상기 밸브바디의 내부에는 각각의 유동채널을 분리하는 격벽이 형성되어 각 채널의 냉각매체가 서로 섞이는 것을 방지할 수 있다.
상기 밸브바디의 내부에 형성되는 유동채널은 제1유동채널 및 제2유동채널로 구성될 수 있고, 제1유동채널은 차량의 전장부품을 냉각하는 전장부품라인과 연결되고, 제2유동채널은 차량의 고전압배터리를 냉각하는 배터리라인에 연결될 수 있다.
상기 밸브하우징의 포트는 일정 간격 이격되어 형성되는 제1 내지 제6포트로 구성되고, 제1유동채널에 연결되도록 일정 간격 이격되어 형성된 제1 내지 제3포트 및 제2유동채널에 연결되도록 일정 간격 이격되어 형성된 제4 내지 제6포트로 구성될 수 있다.
또한, 밸브바디의 내부에 형성되는 제1유동채널은 제1 내지 제3포트와 연결되어 3개의 유로로 분기되도록 형성되고, 3개의 유로가 분기되는 지점에서 각 유로의 단부가 제1 내지 제3포트의 위치에 대응되도록 구성되고, 밸브바디의 내부에 형성되는 제2유동채널은 제4 내지 제6포트와 연결되어 3개의 유로로 분기되도록 형성되고, 3개의 유로가 분기되는 지점에서 각 유로의 단부가 제4 내지 제6포트의 위치에 대응되도록 구성될 수 있다.
또한, 제1유동채널이 제1포트 및 제2포트와 케이지의 개방부를 통해 연결되고 제3포트가 케이지의 폐쇄부에 의하여 차단된 경우에, 제2유동채널은 제5포트 및 제6포트가 케이지의 개방부를 통해 연결되고 제4포트는 케이지의 폐쇄부에 의하여 차단되거나 또는 제4포트 및 제6포트가 케이지의 개방부를 통해 연결되고 제5포트는 케이지의 폐쇄부에 의하여 차단될 수 있다.
또한, 제2유동채널이 제5포트 및 제6포트와 케이지의 개방부를 통해 연결되고 제4포트가 케이지의 폐쇄부에 의하여 차단된 경우에, 제1유동채널은 제1포트 및 제2포트가 케이지의 개방부를 통해 연결되고 제3포트는 케이지의 폐쇄부에 의하여 차단되거나 또는 제1포트 및 제3포트가 케이지의 개방부를 통해 연결되고 제2포트는 케이지의 폐쇄부에 의하여 차단될 수 있다.
상기 케이지는 외측면을 따라 제1개방부 및 제2개방부가 이격되어 형성되고, 제1개방부의 일측과 제2개방부의 일측 사이에 제1폐쇄부가 형성되고, 제1개방부의 타측과 제2개방부의 타측 사이에 제2폐쇄부가 형성될 수 있고, 케이지의 제1개방부의 원주의 길이가 제2개방부의 원주의 길이보다 더 길게 형성되며, 케이지의 제1폐쇄부의 원주의 길이가 제2폐쇄부의 원주의 길이보다 더 길게 형성될 수 있다.
또한, 제1폐쇄부의 원주의 길이는 밸브하우징의 이웃한 2개의 포트가 동시에 밸브바디의 유동홀과 연결이 차단되는 길이보다 길게 형성되고, 이웃한 3개의 포트가 동시에 밸브바디의 유동홀과 연결이 차단되는 길이보다 짧게 형성될 수 있다.
또한, 제2폐쇄부의 원주의 길이는 1개의 포트가 밸브바디의 유동홀과 연결이 차단되는 길이 이상으로 형성되고, 이웃한 2개의 포트가 동시에 밸브바디의 유동홀과 연결이 차단되는 길이 미만으로 형성될 수 있다
상기 밸브하우징의 포트는 일정 간격 이격되어 형성되는 제1 내지 제4포트로 구성되고, 제1유동채널에 연결되도록 일정 간격 이격되어 형성된 제1포트 및 제2포트, 제2유동채널에 연결되도록 일정 간격 이격되어 형성된 제3포트 및 제4포트로 구성될 수 있다.
본 발명의 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브에 따르면, 통합 열관리 회로를 제어하는 밸브의 개수가 감소되어 구동부, 부품간 배관 및 마운팅 부품 등이 감소되어 제조 원가가 절감되는 효과를 갖는다.
또한, 통합 열관리 시스템의 전체 부피 및 중량이 감소되고, 조립에 요구되는 공수가 절감되는 효과를 가질 수 있으며, 공간 확보가 유리하여 엔진룸 공간 활용도가 증가할 수 있다.
또한, 기존의 밸브 로터에 비해 상대적으로 중량이 작은 케이지를 회전시킴으로써 구동부의 토크가 감소하여 밸브의 작동성을 향상시킬 수 있다.
이에 따라 통합 열관리 시스템의 구조 및 제어를 단순화 할 수 있는 효과를갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브의 모습을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브의 밸브바디가 분리 가능하도록 결합된 경우의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 통합 열관리 회로를 도시한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 통합 열관리 회로에 포함된 열관리 모듈을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브의 제1작동모드에서의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브의 제2작동모드에서의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브의 제3작동모드에서의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브의 모습을 나타내는 사시도이다.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 발명에 따른 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브(10)는 내부에 복수의 유동채널을 구비하고 외측면에 복수의 포트를 구비하여 전장부품(31)을 냉각하는 전장부품라인(30)과 고전압배터리(21)를 냉각하는 배터리라인(20)을 순환하는 냉각매체를 통합하여 관리할 수 있는 열관리용 밸브에 관한 발명이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브(10)의 모습을 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브(10)의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브(10)는 밸브하우징(100), 밸브바디(200), 케이지(300), 구동부(400)로 구성될 수 있다.
밸브하우징(100)은 내부에 설치공간(101)이 형성되고, 측벽의 둘레를 따라 이격되는 복수의 포트가 형성될 수 있다. 포트는 냉각매체가 유입 또는 유출될 수 있다.
밸브바디(200)는 밸브하우징(100)의 설치공간(101)에 마련될 수 있다. 밸브바디(200)의 측면 둘레를 따라 복수의 유동홀(210)이 형성되는데, 유동홀(210)은 포트의 개수 및 위치에 맞게 형성될 수 있다. 밸브바디(200)의 내부에는 복수의 유동채널이 형성될 수 있는데, 유동채널은 이격된 서로 다른 유동홀(210)을 연결할 수 있다. 즉, 유동채널에 의하여 서로 다른 유동홀(210)이 연결되어 냉각매체가 흐를 수 있는 유로가 형성될 수 있다.
케이지(300)는 밸브바디(200) 측면을 감싸는 형태로서 밸브하우징(100) 측벽과 밸브바디(200)의 측면의 사이에 삽입될 수 있다. 케이지(300)의 측면을 따라 복수의 개방부가 이격되어 형성될 수 있다. 개방부의 사이에는 폐쇄부가 형성될 수 있다.
케이지(300)는 구동부(400)와 연결되어 회전 가능하게 구성될 수 있다. 밸브하우징(100)의 포트와 개방부가 연통되는 경우 냉각매체가 밸브바디(200) 내부의 유동채널로 유동할 수 있고, 케이지(300)가 회전하여 폐쇄부에 의하여 포트와 개방부가 연통되지 않는 경우 냉각매체가 밸브바디(200) 내부의 유동채널로 유동할 수 없게 된다. 즉, 케이지(300)의 회전 각도에 따라 이격된 서로 다른 포트들이 대응되는 개방부와 유동홀(210)을 통해 하나의 유동채널에 연결됨으로써 입구포트와 출구포트를 구성할 수 있게 된다. 따라서 개방부는 복수의 밸브하우징(100)의 포트와 밸브바디(200)를 연결시키는 역할을 할 수 있다.
구동부(400)는 케이지(300)에 회전력을 전달하는 구성으로, 케이지(300)의 회전각도를 제어할 수 있도록 형성된 모터일 수 있다.
도면에 도시하지 않았으나 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브(10)는 포트씰러를 더 포함할 수 있다. 포트씰러는 밸브바디(200)와 케이지(300) 사이에 형성되어 냉각매체가 유출되는 것을 방지할 수 있다. 또는 밸브하우징(100)과 케이지(300) 사이에 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브(10)의 밸브바디(200)가 분리 가능하도록 결합된 경우의 분해 사시도이다.
도 3을 참조하면, 밸브바디(200)는 밸브하우징(100)의 내부에 형성된 설치공간(101)에 선택적으로 결합될 수 있다. 즉, 밸브하우징(100)과 밸브바디(200)는 연결되어 구성된 일체형이거나 또는 밸브바디(200)를 탈부착 가능하게 구성된 분리형일 수 있다.
밸브하우징(100)은 원기둥 형상으로 이루어질 수 있다. 밸브하우징(100)의 원기둥 형상은 원형의 하면, 링 형상의 측벽, 개방된 상면으로 구성될 수 있다. 상면은 구동부(400)와 회전축 방향으로 마주하고 개방되어 형성될 수 있다. 하면은 원형으로 이루어지고, 측벽은 하면을 둘러싸는 링 형상으로 이루어져 하면과 측벽에 의하여 설치공간(101)이 형성될 수 있다.
케이지(300)는 원기둥 형상으로 이루어질 수 있다. 케이지(300)의 원기둥 형상은 원형의 상면, 링 형상의 측면, 개방된 하면으로 구성될 수 있다. 원형의 상면은 구동부(400)와 회전축 방향으로 결합되어 밸브하우징(100)의 개방된 상면을 덮을 수 있다. 케이지(300)의 측면은 상면을 둘러싸는 링 형상으로 이루어지고, 케이지(300)의 하면은 개방되어 밸브를 감싸도록 구성될 수 있다.
또한, 케이지(300)의 측면은 밸브하우징(100)의 측벽의 곡률에 대응되도록 형성되어 밸브하우징(100)의 개방된 상면을 실링하도록 구성될 수 있다. 케이지(300)의 측면과 상면에 의하여 밸브하우징(100)에서 냉각매체가 유출되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 도 2를 참조하면, 케이지(300)는 상면의 중앙에 구동부(400)의 방향으로 돌출 형성되는 결합부(350)가 형성될 수 있다. 결합부(350)는 구동부(400)에 삽입되어 구동부(400)에 의하여 케이지(300)가 회전가능하도록 구성될 수 있다. 결합부(350)에 의하여 케이지(300)는 구동부(400)와 견고하게 결합되어 회전될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 통합 열관리 회로를 도시한 회로도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 통합 열관리 회로에 포함된 열관리 모듈을 도시한 도면이다.
도 4 및 도5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 통합 열관리 회로는 내부에서 유동되는 냉각수가 고전압 배터리와 열교환 가능하게 연결되며, 배터리라디에이터(22)가 구비된 배터리라인(20), 내부에서 유동되는 냉각수가 전장부품(31)과 열교환 가능하게 연결되고 전장라디에이터(32)가 구비된 전장부품라인(30), 냉매가 내부에서 유동되고, 실내공조용 냉각코어(44)가 구비된 냉매라인(40), 냉매라인(40)과 연결되고, 전장부품라인(30) 또는 배터리라인(20)의 냉각수와 냉매라인(40)의 냉매가 서로 열교환 가능하게 연결된 칠러(50), 칠러(50)를 통과한 냉각수의 유동을 조절하는 멀티포트 밸브(10), 내부에 냉각수가 유동되고, 실내공조용 가열코어, 수가열히터(43) 및 냉매라인의 냉매와 열교환 가능하게 연결된 수냉식컨덴서(42)가 구비된 실내가열라인(70)을 포함할 수 있다.
배터리라인(20)은 고전압배터리(21)와 연결된다. 배터리라인(20) 상에는 배터리라디에이터(22)가 구비되고, 배터리용펌프(23)에 의해 냉각수가 순환될 수 있다. 배터리라디에이터(22)는 외기에 의해 냉각될 수 있다.
전장부품라인(30)은 전장부품(31)과 연결되며, 전장라디에이터(32)가 구비되고, 전장부품용펌프(33)에 의해 냉각수가 유동될 수 있다.
냉매라인(40)에는 팽창밸브, 실내공조용 냉각코어(44), 압축기(41) 및 공냉식컨덴서(45)가 구비될 수 있다. 공냉식컨덴서(45)는 차량의 외기를 이용하여 내부에 포함된 냉매를 방열시킬 수 있다. 냉매는 팽창밸브에 의해 팽창되어 실내공조용 냉각코어(44)를 통과하는 차량의 실내로 유입되는 공기와 열교환함으로써 실내로 유입되는 공기를 냉각할 수 있다.
밸브는 복수의 유입구 또는 배출구가 형성된 멀티 밸브일 수 있다. 칠러(50)를 통과한 냉각수가 전장부품라인(30) 및 배터리라인(20)으로 분기되는 분기점에 위치될 수 있다. 밸브는 칠러(50)를 통과한 냉각수를 전장부품라인(30) 또는 배터리라인(20)으로 유동되도록 조절할 수 있다.
전장부품라인(30)에서 전장라디에이터(32)를 통과한 냉각수 및 배터리라인(20)에서 배터리라디에이터(22)를 통과한 냉각수는 서로 분리된 상태로 리저버(60)탱크로 유동될 수 있다.
리저버(60)탱크는 전장부품라인(30) 및 배터리라인(20)과 연결될 수 있다. 특히, 리저버(60)탱크는 제1리저버파트 및 제2리저버파트로 서로 분리된 상태로 냉각수를 저장할 수 있다.
전장라디에이터(32) 및 배터리라디에이터(22)를 통과한 냉각수가 각각 제1리저버파트 및 제2리저버파트로 유입되고, 제1리저버파트 및 제2리저버파트에 저장된 냉각수는 밸브로 유입되어, 다시 전장부품라인(30)의 전장부품(31) 또는 배터리라인(20)의 고전압배터리(21)로 유동될 수 있다.
밸브는 전장라디에이터(32)를 통과한 전장부품라인(30)의 냉각수와 칠러(50)를 통과한 통합라인의 냉각수 사이의 유량 비율을 조절할 수 있다.
밸브에는 전장라디에이터(32) 및 리저버(60)탱크를 순서대로 통과한 전장부품라인(30)의 냉각수와 칠러(50)를 통과한 냉각수가 선택적으로 유입되고, 전장부품라인(30)의 전장부품(31) 측으로 배출될 수 있다. 전장부품용펌프(33)는 밸브와 전장부품(31) 사이의 전장부품라인(30)에 위치될 수 있다.
밸브에는 배터리라디에이터(22) 및 리저버(60)탱크를 순서대로 통과한 배터리라인(20)의 냉각수와 칠러(50)를 통과한 냉각수가 선택적으로 유입되고, 배터리라인(20)의 고전압배터리(21) 측으로 배출될 수 있다. 배터리용펌프(23)는 밸브와 고전압배터리(21) 사이의 배터리라인(20)에 위치될 수 있다.
더 구체적으로, 밸브에는 복수의 유입구 및 배출구가 형성되고, 유입구는 전장부품라인(30)의 전장라디에이터(32), 배터리라인(20)의 배터리라디에이터(22) 및 칠러(50)에 각각 연결되며, 배출구는 전장부품라인(30)의 전장부품(31) 및 배터리라인(20)의 고전압배터리(21)에 각각 연결될 수 있다.
전장부품라인(30)의 전장라디에이터(32)에서 밸브로 유입된 냉각수는 전장부품라인(30)의 전장부품(31) 측으로 유동되고, 배터리라인(20)의 배터리라디에이터(22)에서 밸브로 유입된 냉각수는 배터리라인(20)의 고전압배터리(21) 측으로 유동될 수 있다. 칠러(50)에서 밸브로 유입된 냉각수는 전장부품라인(30)의 전장부품(31) 측 또는 배터리라인(20)의 고전압배터리(21) 측으로 선택적으로 유입되도록 조절될 수 있다.
특히, 밸브는 칠러(50)에서 유입되는 냉각수의 비율이 증대될수록 전장부품라인(30)의 전장라디에이터(32) 또는 배터리라인(20)의 배터리라디에이터(22)에서 유입되는 냉각수의 비율이 감소되도록 제어될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브(10)의 제1작동모드에서의 단면도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브(10)의 제2작동모드에서의 단면도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브(10)의 제3작동모드에서의 단면도이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브(10)는 밸브바디(200)의 내부에 각각의 유동채널을 분리하는 격벽(102)이 형성될 수 있다. 격벽(102)은 유동채널간에 냉각매체가 서로 섞이는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예에서 밸브바디(200)의 내부에는 2개의 유동채널인 제1유동채널과 제2유동채널이 형성될 수 있다. 제1유동채널은 차량의 전장부품(31)을 냉각하는 전장부품라인(30)과 연결되고, 제2유동채널은 차량의 고전압배터리(21)를 냉각하는 배터리라인(20)에 연결될 수 있다.
밸브하우징(100)의 포트는 일정 간격 이격되어 형성되는 제1 내지 제6포트(110, 120, 130, 140, 150, 160)로 구성될 수 있다. 제1 내지 제3포트(110, 120, 130)는 제1유동채널에 연결되도록 일정 간격 이격되어 형성될 수 있고, 제4 내지 제6포트(140, 150, 160)는 제2유동채널에 연결되도록 일정 간격 이격되어 형성될 수 있다.
또한, 밸브바디(200)의 내부에 형성되는 제1유동채널은 제1 내지 제3포트(110, 120, 130)와 연결되어 3개의 유로로 분기되도록 형성되고, 3개의 유로가 분기되는 지점에서 각 유로의 단부가 제1 내지 제3포트(110, 120, 130)의 위치에 대응되도록 구성될 수 있다. 마찬가지로 제2유동채널은 제4 내지 제6포트(140, 150, 160)와 연결되어 3개의 유로로 분기되도록 형성되고, 3개의 유로가 분기되는 지점에서 각 유로의 단부가 제4 내지 제6포트(140, 150, 160)의 위치에 대응되도록 구성될 수 있다. 냉각수가 포트를 통해 밸브바디(200)의 유동채널로 유입되면 3개의 유로가 분기되는 분기점을 지나 다른 포트로 유출될 수 있는데, 케이지(300)에 의하여 어느 하나의 포트를 폐쇄하면 두개의 포트가 하나는 입구포트, 다른 하나는 출구포트를 구성하여 냉각수가 순환하는 유로를 선택적으로 조절할 수 있게 된다.
도 5를 참조하면, 제1포트(110)는 전장부품라인(30)의 전장부품(31) 측에 연결될 수 있고, 제2포트(120)는 전장부품라인(30)의 전장라디에이터(32) 측에 연결될 수 있으며, 제3포트(130)는 전장부품라인(30)의 칠러(50)를 통과한 지점에 연결될 수 있다. 제4포트(140)는 배터리라인(20)의 칠러(50)를 통과한 지점에 연결될 수 있고, 제5포트(150)는 배터리라인(20)의 배터리라디에이터(22) 측에 연결될 수 있고, 제6포트(160)는 배터리라인(20)의 고전압배터리(21)측에 연결될 수 있다.
도 6 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브(10)의 작동모드를 설명하면 다음과 같다.
도 6을 참조하면, 제1작동모드는 칠러(50)의 냉각을 차단하는 작동모드로서, 제1유동채널은 제1포트(110) 및 제2포트(120)와 연결되고, 제2유동채널은 제5포트(150) 및 제6포트(160)와 연결될 수 있다. 제1작동모드의 경우 케이지(300)의 개방부는 밸브바디(200)의 유동채널과 연결되는 제1포트(110), 제2포트(120) 제5포트(150) 및 제6포트(160)와 연결될 수 있다. 제3포트(130) 및 제4포트(140)는 케이지(300)의 폐쇄부에 의하여 유동채널과 연결이 차단될 수 있다.
제1작동모드에서 냉각수는 전장라디에이터(32)로부터 리저버(60)탱크를 통과하여 제2포트(120)를 통해 밸브바디(200)의 제1유동채널로 유입될 수 있다. 제2포트(120)를 통해 유입된 냉각수는 제1포트(110)를 통해 전장부품용펌프(33)로 유출되어 전장부품(31)으로 흐를 수 있다.
또한, 제1작동모드에서 냉각수는 배터리라디에이터(22)로부터 리저버(60)탱크를 통과하여 제5포트(150)를 통해 밸브바디(200)의 제2유동채널로 유입될 수 있다. 제5포트(150)를 통해 유입된 냉각수는 제6포트(160)를 통해 배터리용펌프(23)로 유출되어 고전압배터리(21)로 흐를 수 있다.
도 7을 참조하면, 제2작동모드는 칠러(50)에서 전장부품라인(30)과 열교환하는 작동모드로서, 제1유동채널은 제1포트(110) 및 제3포트(130)와 연결되고, 제2유동채널은 제5포트(150) 및 제6포트(160)와 연결될 수 있다. 제2작동모드의 경우 케이지(300)의 개방부는 밸브바디(200)의 유동채널과 연결되는 제1포트(110), 제3포트(130), 제5포트(150) 및 제6포트(160)와 연결될 수 있다. 제2포트(120) 및 제4포트(140)는 케이지(300)의 폐쇄부에 의하여 유동채널과 연결이 차단될 수 있다.
제2작동모드에서 냉각수는 칠러(50)를 통과하여 제3포트(130)를 통해 밸브바디(200)의 제1유동채널로 유입될 수 있다. 제3포트(130)를 통해 유입된 냉각수는 제1포트(110)를 통해 전장부품용펌프(33)로 유출되어 전장부품(31)으로 흐를 수 있다.
또한, 제2작동모드에서 냉각수는 배터리라디에이터(22)로부터 리저버(60)탱크를 통과하여 제5포트(150)를 통해 밸브바디(200)의 제2유동채널로 유입될 수 있다. 제5포트(150)를 통해 유입된 냉각수는 제6포트(160)를 통해 배터리용펌프(23)로 유출되어 고전압배터리(21)로 흐를 수 있다.
도 8을 참조하면, 제3작동모드는 칠러(50)에서 배터리라인(20)과 열교환하는 작동모드로서, 제1유동채널은 제1포트(110) 및 제2포트(120)와 연결되고, 제2유동채널은 제4포트(140) 및 제6포트(160)와 연결될 수 있다. 제3작동모드의 경우 케이지(300)의 개방부는 밸브바디(200)의 유동채널과 연결되는 제1포트(110), 제2포트(120) 제4포트(140) 및 제6포트(160)와 연결될 수 있다. 제3포트(130) 및 제5포트(150)는 케이지(300)의 폐쇄부에 의하여 유동채널과 연결이 차단될 수 있다.
제3작동모드에서 냉각수는 전장라디에이터(32)로부터 리저버(60)탱크를 통과하여 제2포트(120)를 통해 밸브바디(200)의 제1유동채널로 유입될 수 있다. 제2포트(120)를 통해 유입된 냉각수는 제1포트(110)를 통해 전장부품용펌프(33)로 유출되어 전장부품(31)으로 흐를 수 있다.
또한, 제3작동모드에서 냉각수는 칠러(50)를 통과하여 제4포트(140)를 통해 밸브바디(200)의 제2유동채널로 유입될 수 있다. 제4 포트를 통해 유입된 냉각수는 제6포트(160)를 통해 배터리용펌프(23)로 유출되어 고전압배터리(21)로 흐를 수 있다.
작동모드를 구현하기 위하여 케이지(300)의 개방부는 필요에 따라 2개의 포트가 연결되는 부분과 1개의 포트만 연결되는 부분을 포함하도록 구성되어야 한다. 이 경우, 개방부 중에서 2개의 포트가 연결되는 부분은 3개의 포트가 연결되지 않아야 하며 1개의 포트가 연결되는 부분은 2개의 포트가 연결되지 않아야 한다.
이를 위하여 케이지(300)는 외측면을 따라 제1개방부(310) 및 제2개방부(320)가 이격되어 형성되고, 제1개방부(310)의 일측과 제2개방부(320)의 일측 사이에 제1폐쇄부(330)가 형성되고, 제1개방부(310)의 타측과 제2개방부(320)의 타측 사이에 제2폐쇄부(340)가 형성될 수 있다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 케이지(300)의 제1개방부(310)의 원주의 길이가 제2개방부(320)의 원주의 길이보다 더 길게 형성되며, 케이지(300)의 제1폐쇄부(330)의 원주의 길이가 제2폐쇄부(340)의 원주의 길이보다 더 길게 형성될 수 있다.
또한, 제1폐쇄부(330)의 원주의 길이는 밸브하우징(100)의 이웃한 2개의 포트가 동시에 밸브바디(200)의 유동홀(210)과 연결이 차단되는 길이보다 길게 형성되고, 이웃한 3개의 포트가 동시에 밸브바디(200)의 유동홀(210)과 연결이 차단되는 길이보다 짧게 형성될 수 있다.
또한, 제2폐쇄부(340)의 원주의 길이는 1개의 포트가 밸브바디(200)의 유동홀(210)과 연결이 차단되는 길이 이상으로 형성되고, 이웃한 2개의 포트가 동시에 밸브바디(200)의 유동홀(210)과 연결이 차단되는 길이 미만으로 형성될 수 있다.
상기의 케이지(300)로 구성된 경우에 제1작동모드 내지 제3작동모드를 설명하면, 제1유동채널이 제1포트(110) 및 제2포트(120)와 케이지(300)의 개방부를 통해 연결되고 제3포트(130)가 케이지(300)의 폐쇄부에 의하여 차단된 경우에, 제2유동채널은 제5포트(150) 및 제6포트(160)가 케이지(300)의 개방부를 통해 연결되고 제4포트(140)는 케이지(300)의 폐쇄부에 의하여 차단되거나 또는 제4포트(140) 및 제6포트(160)가 케이지(300)의 개방부를 통해 연결되고 제5포트(150)는 케이지(300)의 폐쇄부에 의하여 차단된다.
또한, 제2유동채널이 제5포트(150) 및 제6포트(160)와 케이지(300)의 개방부를 통해 연결되고 제4포트(140)가 케이지(300)의 폐쇄부에 의하여 차단된 경우에, 제1유동채널은 제1포트(110) 및 제2포트(120)가 케이지(300)의 개방부를 통해 연결되고 제3포트(130)는 케이지(300)의 폐쇄부에 의하여 차단되거나 또는 제1포트(110) 및 제3포트(130)가 케이지(300)의 개방부를 통해 연결되고 제2포트(120)는 케이지(300)의 폐쇄부에 의하여 차단된다.
한편, 전장부품용펌프(33) 또는 배터리용펌프(23)의 작동 여부에 따라 냉각수의 흐름이 온(On)/오프(Off) 될 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브(10)의 모습을 나타내는 사시도이다.
도 9를 참조하면, 밸브하우징(100)의 포트는 4개의 포트로 구성될 수 있다. 4개의포트는 일정 간격 이격되어 형성되는 제1 내지 제4포트(110, 120, 130, 140)로 구성될 수 있다.
본 실시예에서 제1포트(110) 및 제2포트(120)는 제1유동채널에 연결될 수 있고, 제3포트(130) 및 제4포트(140)는 제2유동채널에 연결될 수 있다. 다른 실시예들에서 별도로 설명한 구성 이외의 구성들은 일 실시예에 따른 발명과 실질적으로 동일하며, 이에 따라 중복되는 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예들에 따른 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브(10)의 경우 다양한 회로에도 적용할 수 있는 멀티밸브를 제공하여 회로의 변경 없이 멀티포트 밸브(10)를 이용할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 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.
10 : 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브
100 : 밸브하우징
101 : 설치공간
102 : 격벽
110 : 제1포트
120 : 제2포트
130 : 제3포트
140 : 제4포트
150 : 제5포트
160 : 제6포트
200 : 밸브바디
210 : 유동홀
300 : 케이지
310 : 제1개방부
320 : 제2개방부
330 : 제1폐쇄부
340 : 제 2폐쇄부
350 : 결합부
400 : 구동부

Claims (16)

  1. 내부에 설치공간이 형성되고, 측벽의 둘레를 따라 이격되는 복수의 포트가 형성된 밸브하우징;
    밸브하우징의 설치공간에 마련되며, 측면 둘레를 따라 복수의 유동홀이 형성되고, 내부에 복수의 유동채널이 형성되며, 유동채널은 이격된 서로 다른 유동홀들을 연결하는 밸브바디;
    밸브바디 측면을 감싸는 형태로서 밸브하우징 측벽과 밸브바디 측면의 사이에 삽입되어 회전되고, 측면을 따라 복수의 개방부가 이격되어 형성되고, 개방부 사이에는 폐쇄부가 형성되며, 회전 각도에 따라 이격된 서로 다른 포트들이 대응되는 개방부와 유동홀을 통해 하나의 유동채널에 연결됨으로써 입구포트와 출구포트를 구성하도록 하는 케이지; 및
    케이지에 회전력을 전달하는 구동부;
    로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브.
  2. 청구항 1에 있어서,
    밸브하우징은 원기둥 형상으로 이루어지되, 구동부와 회전축 방향으로 마주하는 개방된 상면, 원형의 하면 및 하면을 둘러싸는 링 형상의 측벽으로 구성되어 하면과 측벽에 의하여 설치공간이 형성되고,
    케이지는 원기둥 형상으로 이루어지되, 구동부와 회전축 방향으로 결합되어 밸브하우징의 개방된 상면을 덮는 원형의 상면, 상면을 둘러싸는 링 형상의 측면 및 개방되어 밸브바디를 감싸도록 구성되는 하면으로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브.
  3. 청구항 2에 있어서, 케이지의 측면은 밸브하우징의 측벽의 곡률에 대응되도록 형성되어 밸브하우징의 상면을 실링하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 통합 열관리 멀티포트 밸브.
  4. 청구항 2에 있어서,
    케이지는 상면의 중앙에 구동부의 방향으로 돌출 형성되는 결합부가 형성되고 결합부가 구동부에 삽입되어 회전가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브.
  5. 청구항 1에 있어서,
    밸브바디의 내부에는 각각의 유동채널을 분리하는 격벽이 형성되어 각 채널의 냉각매체가 서로 섞이는 것을 방지하는 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브.
  6. 청구항 1에 있어서,
    밸브바디의 내부에 형성되는 유동채널은 제1유동채널 및 제2유동채널로 구성 되는 것을 특징으로 하는 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브.
  7. 청구항 6에 있어서,
    제1유동채널은 차량의 전장부품을 냉각하는 전장부품라인과 연결되고, 제2유동채널은 차량의 고전압배터리를 냉각하는 배터리라인에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브.
  8. 청구항 6에 있어서,
    밸브하우징의 포트는 일정 간격 이격되어 형성되는 제1 내지 제6포트로 구성되고, 제1유동채널에 연결되도록 일정 간격 이격되어 형성된 제1 내지 제3포트 및 제2유동채널에 연결되도록 일정 간격 이격되어 형성된 제4 내지 제6포트로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브.
  9. 청구항 8에 있어서,
    밸브바디의 내부에 형성되는 제1유동채널은 제1 내지 제3포트와 연결되어 3개의 유로로 분기되도록 형성되고, 3개의 유로가 분기되는 지점에서 각 유로의 단부가 제1 내지 제3포트의 위치에 대응되도록 구성되고,
    밸브바디의 내부에 형성되는 제2유동채널은 제4 내지 제6포트와 연결되어 3개의 유로로 분기되도록 형성되고, 3개의 유로가 분기되는 지점에서 각 유로의 단부가 제4 내지 제6포트의 위치에 대응되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브.
  10. 청구항 9에 있어서,
    제1유동채널이 제1포트 및 제2포트와 케이지의 개방부를 통해 연결되고 제3포트가 케이지의 폐쇄부에 의하여 차단된 경우에, 제2유동채널은 제5포트 및 제6포트가 케이지의 개방부를 통해 연결되고 제4포트는 케이지의 폐쇄부에 의하여 차단되거나 또는 제4포트 및 제6포트가 케이지의 개방부를 통해 연결되고 제5포트는 케이지의 폐쇄부에 의하여 차단되는 것을 특징으로 하는 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브.
  11. 청구항 9에 있어서,
    제2유동채널이 제5포트 및 제6포트와 케이지의 개방부를 통해 연결되고 제4포트가 케이지의 폐쇄부에 의하여 차단된 경우에, 제1유동채널은 제1포트 및 제2포트가 케이지의 개방부를 통해 연결되고 제3포트는 케이지의 폐쇄부에 의하여 차단되거나 또는 제1포트 및 제3포트가 케이지의 개방부를 통해 연결되고 제2포트는 케이지의 폐쇄부에 의하여 차단되는 것을 특징으로 하는 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브.
  12. 청구항 8에 있어서,
    케이지는 외측면을 따라 제1개방부 및 제2개방부가 이격되어 형성되고, 제1개방부의 일측과 제2개방부의 일측 사이에 제1폐쇄부가 형성되고, 제1개방부의 타측과 제2개방부의 타측 사이에 제2폐쇄부가 형성된 것을 특징으로 하는 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브.
  13. 청구항 12에 있어서,
    케이지의 제1개방부의 원주의 길이가 제2개방부의 원주의 길이보다 더 길게 형성되며, 케이지의 제1폐쇄부의 원주의 길이가 제2폐쇄부의 원주의 길이보다 더 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브.
  14. 청구항 13에 있어서,
    제1폐쇄부의 원주의 길이는 밸브하우징의 이웃한 2개의 포트가 동시에 밸브바디의 유동홀과 연결이 차단되는 길이보다 길게 형성되고, 이웃한 3개의 포트가 동시에 밸브바디의 유동홀과 연결이 차단되는 길이보다 짧게 형성되는 것을 특징으로 하는 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브.
  15. 청구항 13에 있어서,
    제2폐쇄부의 원주의 길이는 1개의 포트가 밸브바디의 유동홀과 연결이 차단되는 길이 이상으로 형성되고, 이웃한 2개의 포트가 동시에 밸브바디의 유동홀과 연결이 차단되는 길이 미만으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브.
  16. 청구항 6에 있어서,
    밸브하우징의 포트는 일정 간격 이격되어 형성되는 제1 내지 제4포트로 구성되고, 제1유동채널에 연결되도록 일정 간격 이격되어 형성된 제1포트 및 제2포트, 제2유동채널에 연결되도록 일정 간격 이격되어 형성된 제3포트 및 제4포트로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 통합 열관리 멀티포트 밸브.
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