KR20220012187A - 에너지 저장 모듈용 열교환 모듈 및 상기 열교환 모듈의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에너지 저장 모듈(2)을 위한 열교환 모듈(1)에 관한 것으로, 적어도 이하의 구성요소를 갖는다:
- 에너지 저장 모듈(2)과의 열전달 접촉을 위한 모듈 하우징(3);
- 열수송을 위한 작동 유체를 위한 적어도 하나의 작동 매체 채널(4);
- 작동 매체 채널(4)의 작동 유체를 위한 적어도 하나의 외부 라인(6)을 위한 적어도 하나의 유체 연결부(5).
열교환 모듈(1)은 특히, 적어도 하나의 작동 매체 채널(4)에 의해, 작동 매체 채널(4)의 채널 방향 연장부 내에 미리 결정된 횡단면을 갖는 적어도 하나의 수용 개구부(7)가 형성되고, 이 수용 개구부 내에는 수용 개구부(7)의 미리 결정된 횡단면을 채우는 형상을 가진 플러그(8)가 수용 개구부(7)에 유밀 방식으로 연결되도록 수용되는 것을 특징으로 한다.
본원에 제안된 열교환 모듈에 의해 장착 공간이 효율적으로 이용되며, 그와 동시에 상기 열교환 모듈은 저비용으로 제조될 수 있다.
- 에너지 저장 모듈(2)과의 열전달 접촉을 위한 모듈 하우징(3);
- 열수송을 위한 작동 유체를 위한 적어도 하나의 작동 매체 채널(4);
- 작동 매체 채널(4)의 작동 유체를 위한 적어도 하나의 외부 라인(6)을 위한 적어도 하나의 유체 연결부(5).
열교환 모듈(1)은 특히, 적어도 하나의 작동 매체 채널(4)에 의해, 작동 매체 채널(4)의 채널 방향 연장부 내에 미리 결정된 횡단면을 갖는 적어도 하나의 수용 개구부(7)가 형성되고, 이 수용 개구부 내에는 수용 개구부(7)의 미리 결정된 횡단면을 채우는 형상을 가진 플러그(8)가 수용 개구부(7)에 유밀 방식으로 연결되도록 수용되는 것을 특징으로 한다.
본원에 제안된 열교환 모듈에 의해 장착 공간이 효율적으로 이용되며, 그와 동시에 상기 열교환 모듈은 저비용으로 제조될 수 있다.
Description
본 발명은 에너지 저장 모듈용 열교환 모듈 및 상기 열교환 모듈의 제조 방법에 관한 것이다.
완전 전기식 또는 부분 전기식으로 작동되는 자동차의 에너지 저장 모듈은 종래 기술에 따라 액체 냉각에 의해 냉각된다. 저비용의 실현을 위한 아이디어는 상응 배터리 모듈 하우징을 압출 성형에 의해 제조하는 것이다. 이 경우, 액체 냉각을 위한 냉각 채널은 챔버 형태로 배터리 모듈 하우징의 압출 프로파일 내로 통합될 수 있다. 우수한 팩킹 밀도(packing density)(높은 공간 활용 효율)를 위해서, 둥글지 않은 횡단면을 갖는 냉각 채널이 유리하다.
종래 기술에 따르면, 그러한 둥글지 않은 횡단면을 밀봉하기 위해, 축방향으로 압축된 성형 씰(molded seal)을 이용한다. 이는, 압출 성형되어 통합된 냉각 채널의 경우, 압출 방향으로 필요 장착 공간을 증가시키는데, 그 이유는 신뢰성 있는 밀봉의 달성을 위해서는 그러한 (쐐기 형상의) 성형 씰이 채널의 연장부 내에서 외측으로 돌출되어야 하기 때문이다. 장착 공간을 효율적으로 활용하는 과제는 여전히 중요하며, 수 밀리미터조차도 상당한 경쟁 우위를 의미할 수 있다.
이에 근거하여, 본 발명의 과제는 종래 기술로부터 알려진 단점을 적어도 부분적으로 극복하는 것이다. 본 발명에 따른 특징은 독립 청구항으로부터 도출되고, 그와 관련된 유리한 구성이 종속 청구항들에 기술되어 있다. 청구항의 특징들은 임의의 기술적으로 유의미한 방식으로 조합될 수 있고, 이를 위해 본 발명의 부가적인 구성을 포함하는, 이하의 설명 및 도면에 명시된 특징들도 이용될 수 있다.
본 발명은 적어도 이하의 구성요소를 포함하는, 에너지 저장 모듈을 위한 열교환 모듈에 관한 것이다:
- 에너지 저장 모듈과의 열전달 접촉을 위한 모듈 하우징;
- 열수송을 위한 작동 유체를 위한 적어도 하나의 작동 매체 채널; 및
- 상기 작동 매체 채널의 작동 유체를 위한 적어도 하나의 외부 라인을 위한 적어도 하나의 유체 연결부.
열교환 모듈은 특히, 적어도 하나의 작동 매체 채널에 의해, 작동 매체 채널의 채널 방향 연장부 내에서 미리 결정된 횡단면을 갖는 적어도 하나의 수용 개구부가 형성되고, 수용 개구부 내에는 상기 수용 개구부의 미리 결정된 횡단면을 채우는 형상을 갖는 플러그가 수용 개구부에 유밀 방식으로(fluid-tight manner) 결합되도록 수용되는 것을 특징으로 한다.
이하에서, 달리 명시되지 않는 한, 축방향, 반경방향, 또는 원주방향 및 그에 상응하는 표현이 사용되는 경우, 언급되는 회전축을 참조한다. 전술한 그리고 후술되는 설명에서 사용되는 서수는, 명백히 반대로 표시되지 않는 한, 명확한 구별을 위해서만 사용되며, 지칭된 구성요소들의 임의의 순서 또는 우위를 반영하지 않는다. 1보다 큰 서수는 반드시 그러한 구성요소가 추가로 존재해야 함을 의미하지 않는다.
본원에 제시된 열교환 모듈은, 에너지 저장 모듈이 최적의 온도 범위에서 동작할 수 있게 하기 위해, 그리고/또는 리튬계 전기 축전지에서 알려진 수지상 형성(dendrite formation)을 방지하거나 지연시키기 위해, 예를 들어 차량 배터리(예를 들어, 자동차의 전기화된 구동 트레인의 소위 트랙션 배터리)의 에너지 저장 모듈을 냉각하도록(또는 경우에 따라 가열하도록) 구성된다. 모듈 하우징은 이를 위해, 에너지 저장 모듈과 가급적 밀착 접촉되고 최대한 우수한 열 전도도를 갖는 재료를 포함한다. 또한, 상황에 따라 충돌 안전을 위한 자가 지지 구조물 및/또는 장치가 제공된다.
적어도 하나의 작동 매체 채널을 통해 작동 유체, 바람직하게 액체 또는 대안적으로 냉매 또는 가스가 유동하여 전달될 수 있고, 이때 작동 유체와 모듈 하우징 사이의 양호한 열수송이 추구된다. 여기에서 유밀성 결합이 언급될 경우, 이는 사용되는 작동 유체와 관련된다. 예를 들어, 가스 분율(fraction)이 무시될 수 있는, (지속적으로) 액상인 작동 유체의 경우, 상황에 따라 액밀성 결합으로 충분하다. 일 실시예에서, 구불구불한 채널 경로가 형성되고, 이때 채널 섹션들은 예를 들어 압출 성형된 열교환 모듈의 경우 압출 방향으로 서로 평행하게 배열되며, 각각 단부면에 채널 굽힘부(channel bend)를 형성한다. 채널 섹션들이 서로에 대해서 유밀될 필요는 없다. 오히려, 개별 채널 섹션들 사이의 누출이 허용된다.
적어도 하나의 유체 연결부가 작동 유체의 유입 및/또는 방출을 위해 구성되며, 이를 위해 외부 라인, 예를 들어 자동차 내 냉각 회로의 구성 부품이 연결될 수 있고 조립된 상태로 자동차에 연결된다. 일 실시예에서, 외부 라인은 유체 연결부 내로 압입될 수 있다. 일 실시예에서, 외부 라인은 조립 전에 미리 유체 연결부에 연결되고, 예를 들어 유체 연결부와 일체로 형성된다. 일 실시예에서, 열교환 모듈은 2개의 유체 연결부, 요컨대 유입구 및 배출구를 포함하고, 이 유입구와 배출구 사이에 전체 작동 매체 채널이 기능 그룹으로서 연장된다. 또 다른 일 실시예에서, 복수의 그러한 기능 그룹이 열교환 모듈 내에 제공된다.
여기에서, 이제, 작동 매체 채널의 (또는 채널 섹션의) 채널 방향 연장부 내에 플러그를 위한 수용 개구부가 형성되는 구성이 제안된다. 플러그는, 이 플러그가 수용 개구부의 미리 결정된 횡단면을 완전히 채우도록, 상응하는 형상으로 형성된다. 이 경우, 한 바람직한 실시예에서는 플러그가 수용 개구부 내에서 유격을 가지고 수용된다는 점에 주목해야 한다. 일 실시예에서 상기 유격은 후속 단계에서의 조립 후에 제거되고, 그 결과 플러그와 수용 개구부 사이의 결합이 유밀 상태가 된다. 일 실시예에서, 플러그는 채널 방향으로 적어도 유입측에서(즉, 작동 매체 채널을 향해서) 쐐기 형상이고, 플러그는 그 전체 길이에 걸쳐 수용 개구부 내에 수용된다. 예를 들어 플러그가 전체 면에 걸쳐 접경하거나, 둘레에 걸쳐 접경 하거나, 유격이 없이 또는 상대적인 오버사이즈로 수용되는 경우, 플러그는 유밀 방식으로 수용 개구부 내에 수용되고, 이때 각각의 접촉면은 밀봉 방식으로 형성된다.
한 바람직한 실시예에서, 수용 개구부의 (미리 결정된) 횡단면은 작동 매체 채널 또는 관련 채널 섹션의 횡단면과 동일하다. 즉, 좁아지거나 넓어지는 부분이 없거나, 국소적 돌출부 또는 함몰부가 없다. 예를 들어, 수용 개구부는 열교환 모듈의 압출 또는 압출 성형 시 생성되고, 이때 각각의 열교환 모듈은 압출 성형 시 생성되는 스트랜드의 절삭된 부분(cut-off portion)이다. 죽, 관련 열교환 모듈이 절삭된 후에 수용 개구부가 단부면에 배치되는 것을 제외하고, 적어도 하나의 작동 매체 채널과 수용 개구부는 서로 차이가 없다. 본 실시예에서, 채널 방향 연장부에서의 배열은 (압출 성형에 따라 고유한) 제조 축을 따르는 방향이다.
보다 일반적으로, 채널 방향 연장부는, 작동 매체 채널의 관류 가능 부분의 경로에 의해 정의되는 축을 형성한다. 예를 들어, 채널 방향 연장부는, 수용 개구부 내로 외삽되는(extrapolated) 작동 매체 채널의 경로이다. 예를 들어, 채널 방향 연장부는, 수용 개구부로의 전이부에서 작동 매체 채널의 미리 결정된 횡단면에 서의 법선이다. 수용 개구부는 그 길이 범위와 관련하여, 플러그의 길이 또는 플러그의 (조립 원리 및/또는 밀봉 원리에 따라 달라지는) 장착 길이에 의해 결정된다. 수용 개구부 및 관류 가능 작동 매체 채널은 바람직하게, 추가 중간 요소 없이 그리고/또는 횡단면의 변화 없이, 상호 간에 직접 병합된다.
한 바람직한 실시예에서, 열교환 모듈의 각각의 채널 방향 단부면에 적어도 하나의 플러그가 제공된다. 이는, 압출 성형에 의한 열교환 모듈의 제조에 특히 유리하다.
즉, 에너지 저장 모듈, 예를 들어 차량 배터리의 냉각 시스템을 위한 냉각 연결 인터페이스가 형성된다. 둥글지 않은 횡단면을 가진 적어도 하나의 작동 매체 채널이 중공형 챔버 내로 통합되고, 에너지 저장 모듈의 외부에 냉각 회로가 배치되는, 예를 들어 압출된 모듈 하우징이 제안된다. 압출된 모듈 하우징은, 작동 매체 채널이 (채널 방향) 단부 영역에 수용 개구부를 갖는 방식으로 가공되고, 그러한 수용 개구부 내에 플러그가 배치된다. 상기 플러그는 적어도 하나의 접합 방법에 의해 모듈 하우징에 수밀 방식으로 결합되고, 바람직하게 유체 연결부를 형성하는 둥근 홀을 갖는다. 상기 유체 연결부를 통해, 외부 라인의 매체 안내 냉각제 연결부가 수밀 방식으로 연결될 수 있고, 작동 중에는 연결되어 있다.
한 바람직한 구성에서, 수용 개구부는, 이 수용 개구부가 모듈 하우징의 나머지 연장부를 넘어 돌출하지 않는 방식으로, 모듈 하우징 내에 배치된다. 즉, 수용 개구부의 연장부는 모듈 하우징 내부에서 작동 매체 채널의 채널 방향 연장부 내에 배치된다. 수용 개구부에 의해, 모듈 하우징의 균일한, 바람직하게는 평평한 단부면이 생성된다. 따라서, 이러한 바람직한 실시예에서 수용 개구부는, 모듈 하우징의 연장부를 채널 방향으로, 예를 들어 압출 성형 축의 방향으로 연장시키는 구성요소가 아니다. 예를 들어, 압출 성형에 의해 생성된 모듈 하우징은, 바람직하게는 압출 성형 축이 그에 대해 수직으로 정렬된 절삭면으로써, 평평하게 분리된다. 이 경우, 상기 절삭면이 단부면이 된다. 작동 매체 채널의 채널 방향 연장부 내 수용 개구부의 연장부는, 압출 성형 축의 방향과 관련하여 채널 내측을 향해 연장된다.
일 실시예에서, 모듈 하우징은 밀링에 의해 가공된다.
또한, 열교환 모듈의 한 유리한 실시예에서 플러그가 유체 연결부를 포함하는 구성이 제안된다.
이러한 특히 유리한 실시예에서는, 유체 연결부가 플러그에 의해 또는 플러그 내에 직접 형성됨에 따라, 유체 연결부를 위해 밀봉될 추가 개구부를 열교환 모듈 내에 형성할 필요가 없다. 일 실시예에서, 라인 측 연결편 및 유체 연결부 영역, 바람직하게는 전체 플러그가, 형상 결합 방식(form-fitting manner)으로 밀봉 되도록 구현될 수 있는, 재료 쌍(material pairing)으로부터 형성된다. 따라서 밀봉을 위한 부가적인 단계가 불필요하다. 일 실시예에서는, 유체 연결부가, 열교환 모듈의 수용 개구부 내에 플러그를 삽입하기 전에 미리 형성되고, 또 다른 실시예에서는 플러그가 삽입되고 나서야 형성된다. 바람직하게, 유체 연결부는 (열교환 모듈 내의 삽입 위치와 관계없이) 작동 매체 채널의 (가장 좁은) 유동 횡단면보다 훨씬 더 작은 (가장 좁은) 유동 횡단면을 갖는다. 이로써, 유동의 균일한 분포를 개선하고 그에 따라 효과적인 열교환을 촉진하는 스로틀링 효과(throttling effect)가 달성된다. 유체 연결부를 형성하기 위한 플러그 내의 홀은 그 직경과 관련하여, 냉각 매체의 원하는 스로틀링에 상응하게 변동하도록 형성된다.
또한, 열교환 모듈의 한 유리한 실시예에서, 플러그에 의해 채널 굽힘부의 외부 벽이 형성되는 구성이 제안된다.
본 실시예에서, 채널 굽힘부는, (예를 들어 서로 평행한) 구불구불한 작동 매체 채널의 채널 섹션들에서, 각각 플러그에서 단부면에 형성된다. 이 실시예에 따라, 플러그는 동시에 채널 굽힘부의 외부 벽, 즉, 열교환 모듈의 단부면에 배치된 벽 섹션을 형성한다. 2개의 (예를 들어 평행한) 채널 섹션들을 서로 유체공학적으로 분리하는 채널 분리 웹이, 채널 굽힘부의 영역 내에서 채널 방향으로 플러그로부터 멀리 뒤쪽으로 물러나도록 형성되며, 그에 따라 바람직하게, 가급적 작은 유동 저항을 위해, 채널 굽힘부의 가장 좁은 횡단면이 작동 매체 채널의 나머지 횡단면보다 작지 않게 형성된다. 일 실시예에서, 단부면에서 발생하는 채널 섹션들보다 적은 수의 플러그가 제공되고, 예를 들어 열교환 모듈의 일 단부에 단 하나의 플러그가 제공되며, 이 경우 하나의 플러그가 복수의 채널 섹션을 채널 방향으로 유밀 방식으로 폐쇄한다. 일 실시예에서 또는 작동 매체 채널의 상응하는 위치에서, 플러그는 채널 분리 웹과 맞닿아 배치되고, 일 실시예에서는 유격이 제공됨에 따라 부품 공차로 인해 그리고/또는 조립으로 인해 이러한 인접 채널 섹션들 사이에 누출이 존재할 수 있다. 일 실시예에서 또는 작동 매체 채널의 상응하는 위치에서, 플러그는 채널 분리 웹으로부터 상당히 이격됨에 따라, 그곳에 최대한 작은 유동 저항을 갖는 채널 굽힘부가 형성된다.
이어서, 하나 이상의 플러그가 홀이 없이 형성되고, 냉각 매체를 하나의 채널 섹션으로부터 인접한 채널 섹션 내로 편향시키도록 구성된다.
또한, 열교환 모듈의 한 유리한 실시예에서, 플러그는 이하의 재료 본딩 방법:
- 마찰 교반 용접;
- 레이저 용접;
- 가스 차폐 용접; 및/또는
- 접착
중 적어도 하나에 의해 수용 개구부에 유밀 방식으로 결합되는 구성이 제안된다.
마찰 교반 용접을 이용하면, 간단한 수단에 의해 그리고 다수의 접촉면을 통해 마찰 교반 핀의 매우 넓은 열적 영향 범위 내에서 유밀 용접이 신뢰성 있게 실현될 수 있다. 이 방법은 비용 효율적이며, 넓은 열적 영향 범위 및 이를 통해 그 내에서 용융되는 경계면들로 인해, 접촉 표면이 성공적으로 유밀 방식으로 밀봉되었는지를 체크하는 과다한 테스트 비용을 필요로 하지 않는다.
레이저 용접을 이용하면, 정밀하면서도 비교적 에너지 절약형인 용접이 실현된다. 용접 이음매의 좌표를 확실하게 따를 경우, 실현되는 밀봉은 매우 신뢰할 수 있다. 동시에, 열입력 및 그에 따른 열교환 모듈의 민감한 미세 구조는 매우 국소적으로만 제한되고, 요컨대 용접 이음매 자체에서만 손상된다.
가스 차폐 용접은, 기계적으로 또는 수작업으로 실행될 수 있는 매우 저비용의 방법이다. 기본적으로 이 경우에도 열영향 범위가 제한되고, 전술한 레이저 용접의 장단점을 갖는다. 열영향 범위는 레이저 용접에 비해 약간 더 넓고, 용접 에러로 인한 누출에 대한 민감도는 전술한 용접 방법들에 비해 더 높다.
용접 프로세스에서는, 다수의 플러그가 동일 작업 단계에서 모듈 하우징에 접합되어 유밀 방식으로 결합될 수 있다.
접착은, 재료에 대한 어떠한 열적 영향도 미치지 않거나, 무시할 수 있을 정도의 (손상을 가하는) 열적 영향을 미치는 방식으로 실행될 수 있으며, 적합한 공정 제어 시 간단한 수단으로 매우 신뢰성 있는 유밀 상태를 갖는다. 경우에 따라서는, 예를 들어 자동차에서의 모바일 사용 중 진동 하중 하에서 그리고/또는 원하는 또는 최대로 허용 가능한 온도 범위에서, 내구성이 중요할 수 있다.
또한, 열교환 모듈의 한 유리한 실시예에서, 모듈 하우징이 에너지 저장 모듈을 위한 수용 챔버를 포함하고, 이 수용 챔버는 작동 매체 채널에 인접하는 구성이 제안된다.
이 실시예에서는, 에너지 저장 모듈을 위한 수용 챔버가 미리, 바람직하게는 일체형으로, 열교환 모듈의 모듈 하우징 내에 통합된다. 이로써, 적어도 하나의 작동 매체 채널과 수용 챔버(또는 에너지 저장 모듈) 사이에서 매우 얇은 벽 두께 및 그에 따라 매우 작은 열전도 저항이 달성될 수 있다. 그럼으로써, 다시 에너지 저장 모듈로부터 큰 전력 피크를 요청할 수 있는데, 그 이유는, 그에 의해 유발되는 가열이 잘 소산될 수 있을뿐더러 매우 미세하게 조절되는 온도 제어가 가능하기 때문이다. 용이하게 제어 가능한 온도 제어를 통해, 냉각 회로를 위한 작동 비용 또는 에너지 소비를 줄일 수 있다.
또한, 열교환 모듈의 한 유리한 실시예에서, 모듈 하우징이 작동 매체 채널의 수용 개구부와 동일한 높이에서 플러그에 의해 외부 측면이 종단되거나(terminated), 또는 상기 플러그가 채널 내측으로 함몰되는 방식으로 수용 개구부 내에 수용되는 구성이 제안된다.
이 실시예에서는, 특히 작동 매체 채널의 수용 개구부와 동일 높이에서 플러그가 종단될 때, 매우 작은 장착 공간에서 열수송의 높은 전력 밀도가 달성될 수 있다. 한 바람직한 실시예에서, 재료 본딩 방식으로 결합된 플러그는 압입 플러그에 비해 매우 짧은 (밀봉면을 둘러싸는) 설치 길이로 형성된다. 적합한 결합 방법, 예를 들어 용접에 의해, 매우 좁은 폭의 (주변) 밀봉면으로, 작동 매체 채널 내의 작동 매체 압력을 위한 충분한 강도 및 충분한 유밀 결합이 생성될 수 있다.
또 다른 한 양태에 따라, 전술한 설명에서의 한 실시예에 따른 열교환 모듈을 위한 제조 방법이 제안되며, 이 제조 방법은 적어도 이하의 단계를 포함한다:
a. 모듈 하우징 및 적어도 하나의 플러그를 제공하는 단계;
b. 적어도 하나의 플러그를 대응 수용 개구부 내로 삽입하는 단계; 및
c. 상기 플러그를 유밀 방식으로 수용 개구부에 결합하는 단계.
여기에서는, 전술한 설명에 따른 일 실시예의 열교환 모듈을 간단하게 저비용으로 제조할 수 있게 하는 제조 방법이 제안된다. 첫째로, 단계 a에서, 모듈 하우징 및 적어도 하나의 플러그, 바람직하게 작동 매체 채널의 각각의 단부면을 위한 적어도 하나의 플러그가 제공된다. 상기 플러그는 단계 b에서, 예를 들어 약간의 상대적인 오버사이즈로 형성된 대응 수용 개구부 내로 삽입되고, 채널 방향 연장부를 따라서 내부로 밀려 들어간다. 마지막으로, 남은 유격 또는 양측의 대응하는 접촉면이 유밀 방식으로 폐쇄된다. 이 경우, 동시에 플러그는 기계적으로, 작동 매체 채널 내의 작동 매체 압력에서 그리고 경우에 따라 발생하는 외부 하중(예를 들어, 진동 하중) 하에, 희망 수명에 걸쳐 수용 개구부 내에서 상기 플러그가 더 정확히는 유밀 방식으로 유지되는 방식으로, 충분히 고정된다.
제조 방법의 한 유리한 실시예에서, 단계 d에서, 전술한 설명에서의 일 실시예에 따른 유체 연결부가
- 단계 b 이전에, 또는
- 단계 c 이후에,
형성되는 구성이 제안된다.
일 실시예에서, 유체 연결부는, 플러그를 수용 개구부 내로 삽입하기 전에, 즉, 단계 b 이전에 미리 형성된다. 이는, 여기에 설명한 제조 방법에 앞서서 플러그를 매우 저비용으로 (별도로) 생성할 수 있게 한다.
또 다른 한 실시예에서, 유체 연결부는, 플러그를 수용 개구부와 유밀 방식으로 결합한 후에야 비로소, 바람직하게 플러그 내에 형성된다. 이는 유밀 결합부의 형성 시, 유체 연결부의 형상 및 유형은 아직 고려할 필요가 없는 공정 제어를 가능케 한다. 아주 특별한 경우, 매우 넓은 열영향 범위를 필요로 하는 마찰 교반 용접 시, 사전에 형성된 유체 연결부는 유체 연결부의 변형; 및/또는 수용 개구부와 플러그 사이에 생성될 유밀 결합부의 상응하는 (둘레) 접촉면의, 설정하기 어려운 열적 영향;을 초래한다. 유체 연결부는 예를 들어 절삭에 의해, 바람직하게는 보링(boring)에 의해 생성된다.
플러그 내의 홀은 그 직경과 관련하여, 냉각 매체의 원하는 스로틀링에 따라 변동하도록, 예를 들어 주어진 유동 저항의 공차에 맞게 개별적으로 조정될 수 있도록, 형성될 수 있다.
또한, 제조 방법의 한 유리한 실시예에서, 단계 b 이전에 단계 e에서, 채널 굽힘부의 내측에서 대응 플러그의 삽입 방향으로 채널 분리 웹이 짧아짐으로써(shortened), 모듈 하우징 내에 채널 굽힘부가 준비되는 구성이 더 제안된다.
바람직하게는 압출 성형된 모듈 하우징에서 사용되는 이러한 실시예에서는, 채널 굽힘부가 생성되어야 하는 곳에, 단계 e에서 관련 채널 분리 웹이 채널 방향으로 짧아지며, 예를 들어 밀링된다. 적어도 관련된 2개의 채널 섹션의 단부측을, 짧아진 채널 분리 웹의 양측에서 종단시키는 플러그가 대응 수용 개구부 내로 삽입되는 즉시, (단계 b 이후에 또는 유밀 방식으로 단계 c 이후에) 채널 굽힘부가 형성된다. 즉, 플러그가 채널 굽힘부의 외부 벽을 형성한다.
또한, 제조 방법의 한 유리한 실시예에서, 단계 b 이전에 단계 f에서, 수용 개구부가 플러그에 맞게 조정되는 구성이 제안된다.
이 실시예에서 수용 개구부는 여전히, 플러그가 단계 b에서 삽입될 수 있게 되기 전에 가공된다. 일 실시예에서, 상기 단계 f는 심지어 단계 a 이전에, 예를 들어 압출 성형 길이로 복수의 모듈 하우징을 포함하는 압출 성형 블랭크로부터 관련 모듈 하우징을 분리한 직후에, 실시된다. 압출 프로파일의 공차에 따라, 작동 매체 채널의 채널 내부 표면이 압출 프로파일의 단부면의 영역에서 기계적으로 가공된다. 그러한 조정은 예를 들어, 표면 조도 변경, 조립을 용이하게 하는 사면(bevel)의 형성, 작동 매체 채널의 관류 가능 섹션에 대비되는 수용 개구부의 확장, 플러그를 위한 정지부 또는 포카 요케(Poka-Yoke) 수용부의 형성, 표면 코팅, 표면 처리, 및/또는 상대 공차의 감소를 포함한다. 일 실시예에서, 플러그의 접합 이전에 그리고/또는 방법의 최종 단계로서 세정이 실행되고, 이때 칩, 용접 잔류물 및/또는 오일 잔류물 그리고 여타의 불순물이 제거된다.
또 다른 한 양태에 따라 본 발명은, 토크 전달 방식으로 추진 휠들에 연결된 적어도 하나의 전기 구동 기계와; 전술한 설명에서의 일 실시예에 따른 열교환 모듈 내의 적어도 하나의 에너지 저장 모듈;을 포함하는 자동차를 제안하며, 상기 전기 구동 기계에는 자동차의 추진을 위해 에너지 저장 모듈에 의해 공급 전압이 공급될 수 있다.
본원에서는, 자체 구동을 위해 적어도 하나의 구동 기계, 예를 들어 내연 기관 및/또는 전기 구동 기계, 그리고 적어도 하나의 구동 휠을 포함하는 자동차, 예를 들어 승용차가 제안된다. 구동 휠은 변속기를 통해, 그리고 바람직하게는 차동장치를 통해, 토크 전달 방식으로 적어도 하나의 구동 기계에 연결된다. 이로써 자동차는 적어도 하나의 구동 기계에 의해 구동될 수 있다. 적어도 하나의 구동 기계의 전력 요청, 그리고 상황에 따라 자동차 내 추가 부하장치의 전력 요청은 에너지 저장 모듈에서, 여기서는 예를 들어 소위 트랙션 배터리에서 열을 발생시키고, 이 열은 열교환 모듈에 의해 효과적으로 매우 작은 장착 공간을 이용하여 소산될 수 있다. 한 대안적인 용례에서, 열교환 모듈은, (예를 들어 동절기에) 에너지 저장 모듈을 최적 온도까지 가열하는 데 사용되며, 그에 따라 에너지 저장 모듈의 이용 가능한 전력이 증가한다.
전술한 본 발명은 이하에서, 바람직한 구성을 도시하는 연관 도면을 참조하여, 관련된 기술적 배경에 근거해서 더 구체적으로 설명될 것이다. 본 발명은 순수 개략적인 도면에 의해 어떠한 방식으로도 제한되지 않으며, 도면들은 일정 비율에 따르지 않고 크기 비율을 정의하기에 적합하지 않다는 점에 유의해야 한다.
도 1은 열교환 모듈의 정면 평면도이다.
도 2는 도 1에 따른 열교환 모듈의 상세 부분의 A-A에 따른 단면도이다.
도 3은 대안적인 실시예의 열교환 모듈의 상세 부분의 도 1의 단면 A-A에 상응하는 도면이다.
도 4는 열교환 모듈을 위한 제조 방법의 흐름도이다.
도 5는 열교환 모듈을 갖는 자동차를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 따른 열교환 모듈의 상세 부분의 A-A에 따른 단면도이다.
도 3은 대안적인 실시예의 열교환 모듈의 상세 부분의 도 1의 단면 A-A에 상응하는 도면이다.
도 4는 열교환 모듈을 위한 제조 방법의 흐름도이다.
도 5는 열교환 모듈을 갖는 자동차를 도시한 도면이다.
도 1은 열교환 모듈(1)을 정면도로 도시하고, 그 모듈 하우징(3)은 예를 들어 압출 성형에 의해 생성된다. 모듈 하우징(3)은, 에너지 저장 모듈(2)을 수용하도록 구성된 (여기서는 선택적으로 일체형으로 통합된) 수용 챔버(11)를 포함한다. 도면에서 수용 챔버(11) 위에 수용 개구부(7)가, 여기서는 예를 들어 밀링에 의해 생성되는 2개의 세장형 홀의 형태로, 채널 섹션의 채널 방향 연장부 내에 형성된다(도 2 참조). 2개의 수용 개구부(7)는 채널 분리 웹(12)에 의해 분리된다. 채널 분리 웹(12)은 여기서 (선택적으로) 모듈 하우징(3)과 일체형으로 형성된다. 플러그(8)가 수용 개구부(7)의 미리 결정된 횡단면을 완전히 채우도록, 상응하는 형상을 갖는 각각 하나의 플러그(8)가 수용 개구부들(7) 내에 삽입된다. 바람직하게는 플러그(8)가 상응하는 수용 개구부(7) 내에 각각 유격을 가지고 수용된다. 이어서, 플러그(8)를 수용 개구부(7)에 결합하고 유밀 방식으로 종단시키기 위해, 이 실시예에서는 재료 본딩 방법으로서 마찰 교반 용접이 사용된다. 이를 위해, 마찰 교반 핀(15)이, 여기서는 도면에서 좌측으로부터 우측으로, 열교환 모듈(1)의 (지면의 평면 내에 배치된) 단부면 위에서, 마찰 교반 방향(16)으로 이동된다. 운동 에너지가 열로 변환되고, 플러그(8)의 [그리고 바람직하게 수용 개구부(7)의] 경계면에서, 재료가 용융되어, 삽입된 플러그(8)와 수용 개구부(7) 사이에 재료 본딩 방식의 신뢰성 있게 유밀된 결합부가 제공된다. 또한, 도면에서 좌측에 배치된 플러그(8)는, 작동 유체의 유입 및/또는 방출을 위해 구성되고 외부 라인(6)에 연결된, (여기서는 선택적으로 원형인) 유체 연결부(5)를 포함한다(도 2 및 도 3 참조). 또한, 여기에는 도 2 및 도 3의 단면도에 상응하는 단면 평면 A-A이 표시되어있으며, 도 3은 대안적 실시예를 도시한다.
도 2는 도 1에 따른 열교환 모듈(1)의 한 상세부를 A-A를 따른 단면도로 도시한다. 여기에서는, 도면에서 열교환 모듈(1)의 좌측 플러그(8) 상부에 작동 매체 채널(4)이 형성되고, 도면에서 우측 플러그(8) 상부에서 작동 매체 채널(4)이 채널 굽힘부(10)를 형성하는 것을 명확하게 확인할 수 있다. 이 실시예에서, 작동 매체 채널(4)은 서로 평행하게 배열된 (여기서는 개략적으로 3개의) 채널 섹션이 형성된다. 여기에서는, 수용 개구부(7)가 채널 방향 연장부 내에, 즉, 여기서는 채널 분리 웹(12)에 대해 평행한 정렬의, 채널 섹션의 연장부 내에 형성된다. 예를 들어, 유체 연결부(5)는 유입구이고, 도면에서 가장 우측의 채널 섹션에서 대향하여 놓인 단부면(도시된 섹션의 외측)에 추가 유체 연결부가 작동 유체를 위한 배출구로서 형성되거나, 그 반대의 경우도 가능하다. 그러한 실시예에서, 모듈 하우징(3)은 단일 작동 매체 채널(4)을 포함한다. 대안적으로, 각각 하나의 유입구 및 배출구를 갖는, 즉, 2개의 유체 연결부(5)를 갖는 복수의 작동 매체 채널(4)이 형성된다. 도시된 실시예에서, 가장 좌측의 채널 섹션은 채널 분리 웹(12)에 의해 중간 채널 섹션과 서로 유체공학적으로 분리되고, 중간 채널 섹션은 추가 채널 분리 웹(12)에 의해 가장 우측의 채널 섹션과 [미리 결정된 길이에 걸쳐, 즉, 채널 굽힘부(10)까지] 서로 유체공학적으로 분리된다. 상기 상세부 내에 도시된, 중간 채널 섹션과 우측 채널 섹션 사이의 채널 굽힘부(10)는, 예를 들어 우측 채널 분리 웹(12)의 밀링에 의해, 여기서는 [플러그(8)로부터 멀리] 뒤쪽으로 물러나도록 형성된다. 도면에 따라 우측의 플러그(8)는 동시에, 도시된 채널 굽힘부(10)를 위한 외부 벽(9)을 형성한다. 예를 들어, 채널 방향 연장부 내에 형성된 수용 개구부(7)의 횡단면은 각각의 채널 섹션의 횡단면과 동일하고, 도면의 우측 플러그(8)는 채널 굽힘부(10)의 상응하는 채널 분리 웹(12)과 중첩된다. 채널 섹션과 수용 개구부(7) 사이의 단차부 없는 전이는, 예를 들어 압출 성형에 의해 제조되는 모듈 하우징(3)의 경우에 유리하고, 여기에서 수용 개구부(7)의 재가공은 불필요하다. 여기에서는, 플러그(8)가 각각 삽입 방향(13)으로 (도면에 따라 하단부로부터 상단부로) 모듈 하우징(3)의 수용 개구부(7) 내로 삽입된다. 삽입 방향(13)은 채널 방향으로 정렬된다. 그 후에, 플러그(8)는 각각의 수용 개구부(7) 내에서 마찰 교반 용접에 의해 모듈 하우징(3)에 재료 본딩식으로 유밀 결합된다. 여기에서는 (선택적으로) 채널 방향으로 또는 모듈 하우징(3)의 단부면과 동일 높이에서 모듈 하우징(3)에 대한 플러그(8)의 종단부가 형성됨에 따라, (채널 방향의) 삽입 방향(13)으로 플러그(8)의 (미리 결정된) 장착 깊이와 관련하여, 작동 매체 채널(4)의 길이가 길 때 열교환 모듈(1)의 전체 장착 길이가 최소가 된다. 이와 관련하여, 플러그(8)의 장착 깊이는, [예를 들어 삽입방향(13)으로] 압입된 연결편을 갖는 통상적인 실시예에서보다, 훨씬 더 얕다는 점에 주목해야 한다. 또한, 여기에서는 외부 라인(6)과, 바람직하게 수밀 방식으로, 연결된, 좌측 플러그(8) 내의 유체 연결부(5)가 도시되어 있다. 유체 연결부(5)는 예를 들어 후속 보링 공정에 의해 생성된다.
도 3은 대안적인 실시예의 열교환 모듈(1)의 상세 부분을 도 1에 따른 단면 A-A로 도시한다. 이하에서는, 여기에 도시된 차이점이 설명되고, 특히 도 1 및 도 2에 따른 실시예와 관련한 전술한 설명을 참조한다. 도 2와 대조적으로, 도시된 실시예에서는 단 하나의 수용 개구부(7)가 모듈 하우징(3) 내에 형성된다. 상응하는 단일 플러그(8)가 그 내부에 수용된다. 이 실시예에서, (선택적으로) 도면의 좌측 채널 분리 웹(12)과 (단일) 플러그(8) 사이에 유격이 형성되고, 그에 따라 구성요소 공차 및/또는 조립 공차로 인해 인접 채널 섹션들 사이에 누출이 있을 수 있다. 도면의 우측 작동 매체 채널(4)은 도 2에서와 동일하게 형성되고, 여기에서 (단일) 플러그(8)는 채널 굽힘부(10)의 외부 벽(9)을 형성한다. 플러그(8)의 실시예와 관계없이, 상기 플러그는 여기에서 (선택적으로) 레이저 용접 이음매(17)에 의해 수용 개구부(7)와 재료 본딩식으로 유밀되도록 종단된다.
도 4는, 선택적 단계들(d, e 및 f)을 갖는, 열교환 모듈(1)을 위한 제조 방법의 흐름도를 도시한다. 제조 방법의 이해를 위해, 도 1 내지 도 3에 따른 실시예를 참조한다. 단계 a에서, 모듈 하우징(3) 및 적어도 하나의 플러그(8)가 제공되고, 이어서 단계 b에서, 플러그(8)는, 예를 들어 삽입 방향(13)으로의 압입에 의해서, 상응 수용 개구부(7) 내로 삽입된다. 그 전에, (선택적으로), 단계 e에서, 채널 분리 웹(12)이, 예를 들어 밀링에 의해, 상응하는 플러그(8)의 삽입 방향(13)으로 채널 굽힘부(10)의 내측에서 짧아짐으로써, 모듈 하우징(3) 내의 채널 굽힘부(10)가 준비된다. 또한, (선택적인) 단계 f에서, 수용 개구부(7)는 플러그(8) 및/또는 단계 c에서의 본딩 방법의 요건에 맞게 조정되고, 즉, 형태가 변형하고 그리고/또는 표면이 가공된다. 수용 개구부(7)가 단계 f에 따라 재가공되는 실시예에서, 수용 개구부(7)는 밀링 공정에서 채널 굽힘부(10)의 형성과 바람직하게 동시에 재가공되고, [함입 깊이에 걸쳐 일정한 직경을 갖는 엔드 밀(end mill)에서] 채널 섹션들이 채널 굽힘부(10)의 영역 내에서 확장될 수 있다. 단계 c는, 예를 들어 레이저 용접 또는 마찰 교반 용접에 의해, 플러그(8)를 수용 개구부(7)에 유밀 결합하는 것을 포함한다. (선택적으로 최종적으로), (선택적인) 단계 d에서, 유체 연결부(5)는 플러그(8) 내에, 예를 들어 보링에 의해, 형성된다.
도 5는 자동차(14)의 개략적인 평면도이다. (선택적으로) 후미 영역에, 자동차(14)의 구동을 위해서 변속기(24) 및 차동장치(25)를 통해 후방 좌측 구동 휠(20) 및 후방 우측 구동 휠(21)과 연결된 (선택적으로 전기적인) 구동 기계(18)가 배치된다. 자동차(14)의 정면 영역에는, (선택적으로 부가적으로 또는 대안적으로) 역시 구동을 위해 제2의 (선택적으로 전기적인) 구동 기계(19)와 토크 전달 방식으로 연결된 전방 좌측 구동 휠(22) 및 전방 우측 구동 휠(23)이 바람직하게 조향 가능하게 배치된다. 여기에서는, 이제 [선택적으로 후방 구동 휠(20, 21)과 전방 구동 휠(22, 23) 사이에] 예를 들어 도 1 내지 도 3의 실시예에 따른 열교환 모듈(1)이 제공되고, 이 열교환 모듈은, 구동 기계(18, 19) 중 적어도 하나에 전력을 공급하기 위한, 바람직하게 트랙션 배터리 형태의, 에너지 저장 모듈(2)을 포함한다.
본원에 제안된 열교환 모듈을 이용하여, 장착 공간이 효율적으로 이용되고, 상기 열교환 모듈은 동시에 저비용으로 제조될 수 있다.
Claims (10)
- 에너지 저장 모듈(2)을 위한 열교환 모듈(1)로서, 적어도
- 에너지 저장 모듈(2)과의 열전달 접촉을 위한 모듈 하우징(3);
- 열수송을 위한 작동 유체를 위한 적어도 하나의 작동 매체 채널(4); 및
- 상기 작동 매체 채널(4)의 작동 유체를 위한 적어도 하나의 외부 라인(6)을 위한 적어도 하나의 유체 연결부(5);를 포함하는 열교환 모듈에 있어서,
상기 적어도 하나의 작동 매체 채널(4)에 의해, 작동 매체 채널(4)의 채널 방향 연장부 내에 미리 결정된 횡단면을 갖는 적어도 하나의 수용 개구부(7)가 형성되고, 수용 개구부 내에는 상기 수용 개구부(7)의 미리 결정된 횡단면을 채우는 형상을 갖는 플러그(8)가 수용 개구부(7)에 유밀 방식으로 결합되도록 수용되는 것을 특징으로 하는, 열교환 모듈(1). - 제1항에 있어서,
상기 플러그(8)가 유체 연결부(5)를 포함하는, 열교환 모듈(1). - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 플러그(8)에 의해 채널 굽힘부(10)의 외부 벽(9)이 형성되는, 열교환 모듈(1). - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플러그(8)는 이하의 재료 본딩 방법:
- 마찰 교반 용접;
- 레이저 용접;
- 가스 차폐 용접; 및/또는
- 접착
중 적어도 하나에 의해 수용 개구부(7)에 유밀 방식으로 결합되는, 열교환 모듈(1). - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 모듈 하우징(3)은 에너지 저장 모듈(2)을 위한 수용 챔버(11)를 포함하고, 수용 챔버는 작동 매체 채널(4)에 인접하는, 열교환 모듈(1). - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 모듈 하우징(3)은, 작동 매체 채널(4)의 수용 개구부(7)와 동일한 높이에서 플러그(8)에 의해 외부측이 종단되거나, 상기 플러그(8)가 채널 내측으로 함몰되는 방식으로 수용 개구부(7) 내에 수용되는, 열교환 모듈(1). - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 열교환 모듈(1)을 제조하는 방법으로서, 적어도
a. 상기 모듈 하우징(3) 및 적어도 하나의 플러그(8)를 제공하는 단계;
b. 적어도 하나의 플러그(8)를 대응 수용 개구부(7) 내로 삽입하는 단계; 및
c. 상기 플러그(8)를 유밀 방식으로 수용 개구부(7)에 결합하는 단계;를 포함하는, 열교환 모듈 제조 방법. - 제7항에 있어서,
단계 d에서, 제2항에 언급된 유체 연결부(5)가,
- 단계 b 이전에, 또는
- 단계 c 이후에,
형성되는, 열교환 모듈 제조 방법. - 제7항 또는 제8항에 있어서,
단계 b 이전에 단계 e에서, 채널 굽힘부(10)의 내측에서 대응 플러그(8)의 삽입 방향(13)으로 채널 분리 웹(12)이 짧아짐으로써, 모듈 하우징(3) 내에 상기 채널 굽힘부(10)가 준비되는, 열교환 모듈 제조 방법. - 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
단계 b 이전에 단계 f에서, 수용 개구부(7)가 플러그(8)에 맞게 조정되는, 열교환 모듈 제조 방법.
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