KR20210082858A - 복합 열교환기의 유로 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 판형 열교환플레이트 복수 개가 적층되어 이루어진 것으로, 내부에는 고온 냉각수가 유동하는 제1냉각수유로와 냉매가 유동하는 제1냉매유로를 형성하며, 제1냉각수유로와 제1냉매유로를 각각 유동하는 고온 냉각수와 냉매는 서로 선택적으로 열교환하는 제1패스부와, 상기 제1패스부의 하측에 구비되고, 판형 열교환플레이트 복수 개가 적층되어 이루어진 것으로, 내부에는 저온 냉각수가 유동하는 제2냉각수유로와 냉매가 유동하는 제2냉매유로를 형성하며, 제2냉각수유로와 제2냉매유로를 각각 유동하는 저온 냉각수와 냉매는 서로 선택적으로 열교환하는 제2패스부와, 상기 제1패스부의 상측에 형성되면서, 상기 제1냉매유로와 연결되어 선택적으로 냉매를 배출하는 제1냉매유출관, 및 상기 제2패스부의 하측에 형성되면서, 상기 제2냉매유로와 연결되어 선택적으로 냉매를 배출하는 제2냉매유출관;을 포함하여, 난방시 비체적이 커지는 냉매의 통로저항을 감소시키는 복합 열교환기의 유로 구조를 제공한다.

Description

복합 열교환기의 유로 구조{Flow structure of compound heat exchanger}

본 발명은 복합 열교환기의 유로 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전장부품을 냉각하는 고온냉각수가 유동하는 1패스부와, 배터리팩을 냉각하는 저온냉각수가 유동하는 2패스부를 구비하고, 상기 1패스부와 2패스부 각각에는 내부를 통과한 냉매를 선택적으로 유출하는 제1냉매유출관 및 제2냉매유출관을 형성하여, 난방시 비체적이 커지는 냉매의 통로저항을 감소시키는 복합 열교환기의 유로 구조에 관한 것이다.

일반적으로 전기자동차에서는 차량 구동을 위한 구동모터나 고전압 정션박스(HV J/BOX), 인버터를 포함한 모터제어기(MCU:Motor Control Unit), 전력변환장치(LDC:Low Voltage DC/DC Converter), 기타 각종 제어기 및 고전압 부품 등의 전장 부품들을 열해 방지 및 내구성능 유지를 위해 냉각하고 있는데, 통상 냉각수를 이용하는 수냉식이 적용되고 있다.

이러한 수냉식에서는 각 전장 부품을 순환한 냉각수의 열을 라디에이터(이하, 전장 라디에이터라 함)를 통해 방출하게 되는데, 전기자동차의 전장 라디에이터는 일반 엔진(내연기관) 자동차에 사용되는 엔진 라디에이터와 마찬가지로 공냉식으로 냉각수의 열을 방출하고 있다.

전기자동차의 경우, 엔진 대신 전장 부품을 수냉식으로 냉각해야 하므로, 기존의 엔진 라디에이터 대신 전장 라디에이터를 설치하여, 냉각팬에 의해 흡입되는 외기 또는 주행풍을 전장 라디에이터로 통과시킴으로써 냉각수의 열을 방출시키는 것이다.

통상 전기자동차의 냉각시스템은 전장 부품(VSD100, MCU, LDC, HV J/BOX, Motor)을 통과하는 냉각수라인, 냉각수의 열을 방출시키기 위한 공냉식 라디에이터, 냉각수 펌프, 냉각팬 등으로 구성되어 있으며, 이때 전장 라디에이터는 에어컨용 컨덴서의 뒤쪽에 배치된다.

에어컨용 컨덴서와 전장 라디에이터는 전후로 배치되어 공통적으로 냉각팬의 흡입공기 또는 주행풍에 의해 냉각되는 공냉식 방식을 적용하고 있지만, 컨덴서는 팽창밸브, 증발기 및 압축기와 함께 독립된 냉동계를 구성하면서 냉매의 열을 공냉식으로 방출시키는 구성이고, 전장 라디에이터는 각종 고전압 전장 부품으로부터 열교환되어 나온 냉각수를 냉각하는 역할을 수행하게 된다.

종래의 기술로는 공개특허 제10-2012-0059730호(2012.06.11)를 참조할 수 있다.

종래의 전기자동차용 냉난방 시스템은 난방시 냉매는 고온냉각수와의 열교환으로 고온냉각수로부터 흡열하여, 그 열에너지를 이용하여 실내 난방에 이용하였는데, 이때 냉매는 냉방, 난방 모드에 상관없이 동일한 유로를 통과하고, 난방시 냉매가 고온냉각수로부터 흡열을 하면서, 비체적이 커져 통로저항이 크게 걸리는 문제점이 발생하였다.

본 발명은 난방시 비체적이 커지는 냉매의 통로저항을 감소시키는 복합 열교환기의 유로 구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 복합 열교환기의 유로 구조는 판형 열교환플레이트 복수 개가 적층되어 이루어진 것으로, 내부에는 고온 냉각수가 유동하는 제1냉각수유로와 냉매가 유동하는 제1냉매유로를 형성하며, 제1냉각수유로와 제1냉매유로를 각각 유동하는 고온 냉각수와 냉매는 서로 선택적으로 열교환하는 제1패스부와, 상기 제1패스부의 하측에 구비되고, 판형 열교환플레이트 복수 개가 적층되어 이루어진 것으로, 내부에는 저온 냉각수가 유동하는 제2냉각수유로와 냉매가 유동하는 제2냉매유로를 형성하며, 제2냉각수유로와 제2냉매유로를 각각 유동하는 저온 냉각수와 냉매는 서로 선택적으로 열교환하는 제2패스부와, 상기 제1패스부의 상측에 형성되면서, 상기 제1냉매유로와 연결되어 선택적으로 냉매를 배출하는 제1냉매유출관, 및 상기 제2패스부의 하측에 형성되면서, 상기 제2냉매유로와 연결되어 선택적으로 냉매를 배출하는 제2냉매유출관을 포함한다.

이때 본 발명에 따른 상기 제1패스부의 제1냉매유로와 상기 제2패스부의 제2냉매유로는 서로 연통하게 하는 연통유로를 더 형성한다.

그리고 본 발명에 따른 상기 제1냉매유출관 및 제2냉매유출관 각각에는 냉매의 배출을 제어하는 제1유출밸브 및 제2유출밸브를 구비한다.

본 발명에 따른 복합 열교환기의 유로 구조에 의한 효과는 다음과 같다.

고온, 저온냉각수 및 냉매를 열교환시키는 1패스부와 2패스부 각각에는 내부를 통과한 냉매를 선택적으로 유출하는 제1냉매유출관 및 제2냉매유출관을 형성하여, 난방시 비체적이 커지는 냉매의 통로저항을 감소시키는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 열교환기를 보인 예시도이다.
도 2은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 열교환기의 냉방 시 냉매의 유동을 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 열교환기의 난방 시 냉매의 유동을 보인 예시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명은 전장부품을 냉각하는 고온냉각수가 유동하는 1패스부와, 배터리팩을 냉각하는 저온냉각수가 유동하는 2패스부를 구비하고, 상기 1패스부와 2패스부 각각에는 내부를 통과한 냉매를 선택적으로 유출하는 제1냉매유출관 및 제2냉매유출관을 형성하여, 난방시 비체적이 커지는 냉매의 통로저항을 감소시키는 복합 열교환기의 유로 구조에 관한 것으로, 도면을 참조하여 더욱 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 열교환기는 전기차에서 컨덴서와 폐열칠러 기능을 통합한 것으로, 전장부품을 냉각하는 고온(HT)냉각수와, 배터리팩을 냉각하는 저온(LT)냉각수를 이용하여, 냉방시 컨덴서 기능을 하고, 난방시 폐열칠러 기능을 한다.

이때 도 1 내지 도 3을 참조한 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 열교환기는 제1패스부(100), 제2패스부(200)를 포함하는데, 먼저 상기 제1패스부(100)는 판형 열교환플레이트 복수 개가 적층되어 이루어진 것으로, 내부에는 고온냉각수가 유동하는 제1냉각수유로(101)와 냉매가 유동하는 제1냉매유로(102)를 형성하여, 상기 제1냉각수유로(101)와 제1냉매유로(102)를 각각 유동하는 고온(HT)냉각수와 냉매는 서로 열교환이 이루어진다.

그리고 상기 제1패스부(100)의 상측면 중 일측편에는 전장부품을 냉각하는 고온(HT)냉각수를 상기 제1패스부(100)의 제1냉각수유로(101)로 유입시키는 고온냉각수유입관(110)을 구비하고, 상기 일측편과 대향진 타측편에는 상기 제1패스부(100)의 제1냉각수유로(101)를 따라 유동하는 고온냉각수를 외부로 유출하는 고온냉각수유출관(120)을 구비한다.

이때 상기 제1패스부(100)의 상측면 중 상기 고온냉각수유출관(120)의 인근에는 냉매를 상기 제1패스부(100)의 제1냉매유로(102)로 유입시키는 제1냉매유입관(310)을 구비하고, 상기 고온냉각수유출관(120)과 대향진 상기 고온냉각수유입관(110)의 인근에는 상기 제1패스부(100)의 제1냉매유로(102)를 따라 유동하는 냉매를 외부로 유출하는 제1냉매유출관(320)을 구비한다.

상기 제1냉매유출관(320)은 플랜지 형태로 상기 제1냉매유출관(320) 선상에 제1냉매유출밸브(321)를 구비하여, 상기 제1냉매유출밸브(321)의 개폐로, 상기 제1냉매유출관(320)이 선택적으로 개방되어, 상기 제1냉매유로(102)를 따라 유동하는 냉매가 상기 제1냉매유출밸브(321)의 개폐에 의해 선택적으로 상기 제1냉매유출관(320)을 통해 외부로 배출되도록 제어된다.

그리고 상기 제1패스부(100)의 하측에는 제2패스부(200)를 구비하는데, 상기 제2패스부(200) 역시, 판형 열교환플레이트 복수 개가 적층되어 이루어진 것으로, 내부에는 저온(LT)냉각수가 유동하는 제2냉각수유로(201)와 냉매가 유동하는 제2냉매유로(202)를 형성하여, 상기 제2냉각수유로(201)와 제2냉매유로(202)를 각각 유동하는 저온냉각수와 냉매는 서로 선택적으로 열교환이 이루어진다.

이때 상기 제2패스부(200)의 하측면 중 일측편에는 상기 제2패스부(200)의 제2냉각수유로(201)를 따라 유동하는 저온(LT)냉각수를 외부로 유출하는 저온냉각수유출관(220)을 구비하고, 상기 일측편과 대향진 타측편에는 배터리를 냉각하는 저온냉각수를 상기 제2패스부(200)의 제2냉각수유로(201)로 유입시키는 고온냉각수유입관(210)을 구비한다.

여기서 상기 제2패스부(200)의 하측면 중 상기 저온냉각수유입관(210)의 인근에는 상기 제2패스부(200)의 제2냉매유로(202)를 따라 유동하는 냉매를 외부로 유출하는 제2냉매유출관(330)을 구비한다.

상기 제2냉매유출관(330)은 플랜지 형태로 구성하는 것이 바람직하고, 상기 제2냉매유출관(330) 선상에 제2냉매유출밸브(331)를 구비하여, 상기 제2냉매유출밸브(331)의 개폐로, 상기 제2냉매유출관(330)이 선택적으로 개방되어, 상기 제2냉매유로(202)를 따라 유동하는 냉매가 상기 제2냉매유출밸브(331)의 개폐에 의해 선택적으로 상기 제2냉매유출관(330)을 통해 외부로 배출되도록 제어된다.

그리고 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 제1패스부(100)의 제1냉매유로(102)와 상기 제2패스부(200)의 제2냉매유로(202)는 연통유로(103)로 서로 통하게 연결하고, 상기 제1냉매유출밸브(321)와 상기 제2냉매유출밸브(331)는 서로 역으로 동작한다. 상기 제1냉매유출밸브(321)가 개방되면 상기 제2냉매유출밸브(331)는 폐쇄되고, 상기 제1냉매유출밸브(321)가 폐쇄되면, 상기 제2냉매유출밸브(331)는 개방된다.

따라서 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 열교환기는 전기자동차의 냉방/난방 모드에 따라 상기 제1냉매유출밸브(321) 및 제2냉매유출밸브(331)의 선택적인 개폐로 상기 제1패스부(100)의 제1냉매유로(102) 및 제2패스부(200)의 제2냉매유로(202)를 유동하는 냉매의 유로를 제어하여, 난방시 비체적이 커지는 냉매의 통로저항을 감소시킬 수 있다.

일례로 도 2를 참조한 냉방 모드시 상기 제1냉매유출밸브(321)가 제1냉매유출관(320)을 폐쇄하고, 상기 제2냉매유출밸브(331)는 제2냉매유출관(330)을 개방하면, 냉매가 상기 제1냉매유입관(310)을 통해 상기 제1패스부(100)로 유입되면서, 상기 제1패스부(100)의 제1냉매유로(102)를 따라 연통유로(103)로 유동하고, 상기 연통유로(103)를 통해 상기 제2패스부(200)의 제2냉매유로(202)로 유동한 후 제2냉매유출관(330)을 통해 외부로 배출된다.

이때 냉매는 상기 제1패스부(100)의 제1냉매유로(102)를 따라 유동하면서 상기 제1패스부(100)에서 고온냉각수와의 열교환으로 냉각된 후, 상기 제2패스부(200)의 제2냉매유로(202)를 따라 유동하면서 상기 제2패스부(200)에서 저온냉각수와의 열교환으로 응축되어 배출된다.

그리고 도 3을 참조한 난방 모드시 상기 제1냉매유출밸브(321)가 제1냉매유출관(320)을 개방하고, 상기 제2냉매유출밸브(331)가 제2냉매유출관(330)을 폐쇄하면, 냉매가 상기 제1패스부(100)의 제1냉매유로(102)를 따라 제1냉매유출관을 통해 외부로 배출된다.

그러므로 상기한 구성에 따른 복합 열교환기의 유로 구조는 비체적에 따른 냉매의 통로 저항 개선된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 제1패스부
101: 제1냉각수유로
102: 제1냉매유로
110: 고온냉각수유입관
120: 고온냉각수유출관
200: 제2패스부
201: 제2냉각수유로
202: 제2냉매유로
210: 고온냉각수유입관
220: 저온냉각수유출관
310: 제1냉매유입관
320: 제1냉매유출관
321: 제1냉매유출밸브
330: 제2냉매유출관
331: 제2냉매유출밸브

Claims (3)

1. 판형 열교환플레이트 복수 개가 적층되어 이루어진 것으로, 내부에는 고온 냉각수가 유동하는 제1냉각수유로와 냉매가 유동하는 제1냉매유로를 형성하며, 제1냉각수유로와 제1냉매유로를 각각 유동하는 고온 냉각수와 냉매는 서로 선택적으로 열교환하는 제1패스부;
   상기 제1패스부의 하측에 구비되고, 판형 열교환플레이트 복수 개가 적층되어 이루어진 것으로, 내부에는 저온 냉각수가 유동하는 제2냉각수유로와 냉매가 유동하는 제2냉매유로를 형성하며, 제2냉각수유로와 제2냉매유로를 각각 유동하는 저온 냉각수와 냉매는 서로 선택적으로 열교환하는 제2패스부;
   상기 제1패스부의 상측에 형성되면서, 상기 제1냉매유로와 연결되어 선택적으로 냉매를 배출하는 제1냉매유출관; 및
   상기 제2패스부의 하측에 형성되면서, 상기 제2냉매유로와 연결되어 선택적으로 냉매를 배출하는 제2냉매유출관;을 포함하는 복합 열교환기의 유로 구조.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1패스부의 제1냉매유로와 상기 제2패스부의 제2냉매유로는 서로 연통하게 하는 연통유로를 더 형성한 복합 열교환기의 유로 구조.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 제1냉매유출관 및 제2냉매유출관 각각에는 냉매의 배출을 제어하는 제1유출밸브 및 제2유출밸브를 구비하는 복합 열교환기의 유로 구조.

Images