KR20220162479A - 통합 쿨링 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량 냉각 시스템에 적용되는 통합 쿨링 모듈에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 판형 매니폴드를 중심으로 컴포넌트들을 일체화하여 호스나 배관류를 삭제함으로써 냉각 시스템 전체의 소형화 및 경량화를 도모할 수 있고, 판형 매니폴드를 아치형 플레이트와 평판을 결합한 형태로 구성함에 따라 제작 용이성 및 강성과 기밀성을 향상시킬 수 있는 통합 쿨링 모듈에 관한 것이다.

Description

통합 쿨링 모듈{Integrated cooling module}
본 발명은 차량 냉각 시스템에 적용되는 통합 쿨링 모듈에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 판형 매니폴드를 중심으로 컴포넌트들을 일체화하여 호스나 배관류를 삭제함으로써 냉각 시스템 전체의 소형화 및 경량화를 도모할 수 있고, 판형 매니폴드를 아치형 플레이트와 평판을 결합하여 구성함에 따라 제작 용이성 및 강성과 기밀성을 향상시킬 수 있는 통합 쿨링 모듈에 관한 것이다.
최근 에너지 효율과 환경오염 문제에 대한 관심이 날로 커지면서 내연기관 자동차를 실질적으로 대체할 수 있는 친환경 자동차의 개발이 요구되고 있으며, 이러한 친환경 자동차는 보통 연료전지나 전기를 동력원으로 하여 구동되는 전기 자동차나, 엔진과 배터리를 이용하여 구동되는 하이브리드 자동차로 구분된다.
이러한 친환경 차량 중, 전기자동차 또는 하이브리드 차량에는 일반 차량의 공기조화장치와는 달리 별도의 히터가 사용되지 않으며, 친환경 차량에 적용되는 공조 시스템을 통상적으로 히트 펌프 시스템이라 한다.
한편, 전기 자동차의 경우에는 산소와 수소의 화학적 반응 에너지를 전기 에너지로 전환하여 구동력을 발생시키게 되며, 이 과정에서 연료전지 내의 화학적 반응에 의해 열에너지가 발생되는 바, 발생된 열을 효과적으로 제거하는 것이 연료전지의 성능 확보에 있어 필수적이다.
그리고 하이브리드 자동차에서도 일반적인 연료로 작동하는 엔진과 함께, 상기한 연료전지나, 전기 배터리로부터 공급되는 전기를 이용해 모터를 구동시켜 구동력을 발생시키게 되는 바, 연료전지나 배터리, 및 모터로부터 발생되는 열을 효과적으로 제거해야만 모터의 성능을 확보할 수 있게 된다.
이에 따라, 종래 기술에 따른 하이브리드 차량이나 전기 자동차에서는 모터와 전장품, 및 연료전지를 포함하는 배터리의 발열을 방지하도록 냉각 시스템, 및 히트 펌프 시스템과 함께, 배터리 냉각 시스템이 각각 별도의 밀폐회로로 구성해야만 한다.
따라서, 차량의 전방에 배치되는 쿨링모듈의 크기 및 중량이 증가되고, 엔진룸 내부에서 각각의 히트 펌프 시스템과 냉각수단 및 배터리 냉각 시스템으로 냉매 또는 냉각수를 공급하는 연결배관들의 레이아웃이 복잡해지는 문제점이 있다.
한국 공개특허공보 제2019-0068125호(2019.06.18.)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 판형 매니폴드를 중심으로 컴포넌트들을 일체화하여 호스나 배관류를 삭제함으로써 냉각 시스템 전체의 소형화 및 경량화를 도모할 수 있고, 판형 매니폴드를 아치형 플레이트와 평판을 결합하여 구성함에 따라 제작 용이성 및 강성과 기밀성을 향상시킬 수 있는 통합 쿨링 모듈을 제공하기 위한 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 예에 따른 통합 쿨링 모듈은, 판형 매니폴드; 및 상기 판형 매니폴드에 장착되는 컴포넌트들;을 포함하고, 상기 판형 매니폴드는 제1 플레이트와 제2 플레이트가 서로 적층 결합되어 내부에 제1 냉매 채널이 형성되는 구조로 이루어지되, 상기 제1 플레이트는 상기 제1 냉매 채널을 따라 형성되는 제1 라인 구조물 내측에 상기 제1 냉매 채널이 음각으로 형성되고, 상기 제2 플레이트는 일면과 타면이 편평하게 이루어지는 평판일 수 있다.
상기 제1 플레이트의 뒷면 중 상기 제2 플레이트의 일면과 접하는 접경면은 평면일 수 있다.
상기 제2 플레이트는, 상기 제2 플레이트의 일면의 적어도 일부가 상기 제1 플레이트의 뒷면의 형태와 동일한 형태로 형성될 수 있다.
상기 제1 플레이트에는 상기 제1 냉매 채널과 직접 연통되어 외부와 연통 가능하게 구성되는 제1 포트가 하나 이상 마련될 수 있다.
상기 판형 매니폴드는 바닥면과 수직하게 배치될 수 있다.
상기 판형 매니폴드의 앞면에 상기 컴포넌트들이 장착되고, 상기 컴포넌트들은 콘덴서, 칠러, PT 센서, 및 팽창밸브를 포함할 수 있다.
상기 콘덴서와 칠러는, 상기 콘덴서와 칠러의 길이방향이 중력방향과 나란하게 배치될 수 있다.
상기 판형 매니폴드의 일 측면에 어큐뮬레이터가 더 장착되며, 상기 어큐뮬레이터는 상기 제1 냉매 채널과 연통될 수 있다.
상기 판형 매니폴드를 정면에서 바라보았을 때, 상기 콘덴서가 가장 좌측에 배치되고, 상기 어큐뮬레이터가 가장 우측에 배치될 수 있다.
상기 콘덴서는 수냉식 콘덴서이고, 상기 판형 매니폴드의 앞면에 플레이트 타입 내부 열교환기(P-IHX)가 더 장착될 수 있다.
상기 컨데서는 공냉식 콘덴서이고, 상기 어큐뮬레이터는 내부에 내부 열교환기(IHX)가 일체로 수용될 수 있다.
상기 판형 매니폴드는 제3 플레이트를 더 포함하고, 상기 제2 플레이트와 상기 제3 플레이트가 서로 적층 결합되어 내부에 제2 냉매 채널이 추가로 형성되는 구조로 이루어지며, 상기 제3 플레이트는 상기 제2 냉매 채널을 따라 형성되는 제2 라인 구조물 내측에 상기 제2 냉매 채널이 음각으로 형성될 수 있다.
상기 제3 플레이트의 뒷면 중 상기 제2 플레이트의 타면과 접하는 접경면은 평면일 수 있다.
상기 제2 플레이트는, 상기 제2 플레이트의 타면의 적어도 일부가 상기 제3 플레이트의 뒷면의 형태와 동일한 형태로 형성될 수 있다.
상기 제3 플레이트에는 상기 제2 냉매 채널과 직접 연통되어 외부와 연통 가능하게 형성되는 제2 포트가 하나 이상 마련될 수 있다.
상기 제2 플레이트에는 상기 제2 플레이트를 관통하여 상기 제1 냉매 채널과 상기 제2 냉매 채널을 연통시키는 관통홀이 하나 이상 형성될 수 있다.
상기 판형 매니폴드의 일 측면에 어큐뮬레이터가 장착되며, 상기 어큐뮬레이터는 상기 제1 냉매 채널 및 상기 제2 냉매 채널과 동시에 연통될 수 있다.
본 발명에 의하면 판형 매니폴드를 중심으로 컴포넌트들을 일체화하여 호스나 배관류를 삭제함으로써 냉각 시스템 전체의 소형화 및 경량화를 도모할 수 있으며, 각 컴포넌트들을 차량 내 장착하기 위한 마운팅 구조을 삭제함으로써 냉각 시스템을 구성하는 것에 있어 부품수와 조립 공수를 줄일 수 있다.
또한, 판형 매니폴드를 아치형 플레이트와 평판을 결합하여 구성함에 따라 제작 용이성 및 강성과 기밀성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 통합 쿨링 모듈의 정면 사시도이다.
도 2는 도 1의 후면 사시도이다.
도 3은 도 1을 다른 각도에서 바라본 후면 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 예에 따른 판형 매니폴드의 정면 사시도이이다.
도 5은 도 4의 후면 사시도이이다.
도 6은 도 4의 분해 사시도이다.
도 7은 도 6에서 제1 플레이트를 분리하여 나타낸 것이다.
도 8은 도 6에서 제2 플레이트를 분리하여 나타낸 것이다.
도 9는 도 6에서 제3 플레이트를 분리하여 나타낸 것이다.
도 10은 도 1을 다시 나타낸 것이다.
도 11은 통합 쿨링 모듈을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 12는 A/C Mode에서의 냉매 흐름을 나타낸 것이다.
도 13은 H/P Mode에서의 냉매 흐름을 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 통합 쿨링 모듈의 정면 사시도이고, 도 2는 도 1의 후면 사시도이며, 도 3은 도 1을 다른 각도에서 바라본 후면 분해 사시도로서, 도시된 바와 같이 본 발명의 통합 쿨링 모듈은 크게 판형 매니폴드(100)와 판형 매니폴드에 장착되는 다수의 컴포넌트(200)들로 이룰어질 수 있다.
본 발명은 판형 매니폴드(100)를 중심으로 각 컴포넌트(200)들이 통합된 것으로서, 판형 매니폴드(100)는 다수의 컴포넌트(200)들 각각이 장착될 수 있는 장착공간을 제공하고, 내부에 냉매가 유동될 수 있는 냉매 채널이 형성된다.
컴포넌트(200)들은 차량 냉각 시스템의 구성요소에 해당하는 것으로, 본 발명에서 각 컴포넌트는, 콘덴서(COND), 칠러(Chiller), PT 센서(PT Sensor), 팽창밸브(EXV), 및 내부 열교환기(IHX) 중 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으며, 어큐뮬레이터(ACCU)를 더 포함할 수 있다.
콘데서(COND, Condenser)는 기체 상태의 냉매를 액체 상태로 응축시키는 열교환기이고, 칠러(Chiller)는 액체 상태의 냉매에서 열을 제거하는 열교환기이고, PT 센서(PT Sensor, Pressure/Temperature Sensor)는 냉매의 압력 및 온도를 측정하는 센서이고, 팽창밸브(EXV, Expansion Valve)는 액체 상태의 냉매의 압력을 강하시켜 기화시키는 밸브이고, 내부 열교환기(IHX, Intener Heat Exchanger)는 고온액상의 냉매와 저온기상의 냉매를 서로 열교환 시키는 열교환기이며, 어큐뮬레이터(ACCU, Accumulator)는 액체 냉매와 가스 냉매를 분리하는 액분리기이다.
이러한 각 컴포넌트(200)들은 판형 매니폴드(100)에 장착되어 통합 쿨링 모듈(10)을 구성하며, 이때 각 컴포넌트(200)들은 판형 매니폴드(100)의 내부에 형성된 냉매 채널과 연통되도록 장착된다. 보다 구체적으로 각 컴포넌트(200)들은 판형 매니폴드(100)에 형성되어 냉매 채널과 연통되는 각 장착 포트들 중 각 컴포넌트들에 대응되는 장착 포트와 연통되도록 장착됨으로써 냉매 채널과 연통될 수 있다. 이때 판형 매니폴드(100) 내부에 형성되는 냉매 채널은 제1 냉매 채널(115)과 제2 냉매 채널(135)로 이루어질 수 있으며, 보다 구체적인 내용은 후술하기로 한다.
이하에서는 본 발명의 판형 매니폴드(100)에 대해 먼저 살펴보도록 한다. 도 4는 본 발명의 일 예에 따른 판형 매니폴드의 정면 사시도이고, 도 5은 도 4의 후면 사시도이고, 도 6은 도 4의 분해 사시도이다. 또한, 도 7은 도 6에서 제1 플레이트를 분리하여 나타낸 것이고, 도 8은 도 6에서 제2 플레이트를 분리하여 나타낸 것이며, 도 9는 도 6에서 제3 플레이트를 분리하여 나타낸 것이다.
우선, 본 발명의 제1 실시예에 따른 판형 매니폴드(100)는 제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(120)를 포함할 수 있고, 제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(120)가 서로 적층 결합되는 구조로 이루어질 수 있으며, 제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(120)가 결합된 구조 내부에 제1 냉매 채널(115)이 형성될 수 있다.
이때, 제1 플레이트(110)는 제1 냉매 채널(115)을 따라 제1 라인 구조물(111)이 형성되고 제1 라인 구조물(111) 내측에 제1 냉매 채널(115)이 음각으로 형성되는 아치형 플레이트이고, 제2 플레이트(120)는 일면(120A)과 타면(120B)이 평평하게 이루어지는 평판일 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 플레이트(110)는 제1 냉매 채널(115)이 형성되는 공간을 제공하기 위한 구성으로서, 제1 플레이트(110)는 일면에서 타면을 향해 아치형태로 형성되는 구조물들이 제1 냉매 채널을 따라 라인 형태로 형성되며, 이에 따라 제1 플레이트(110)를 정면에서 바라볼 때 제1 플레이트(110)의 제1 라인 구조물(111)의 형상은 제1 냉매 채널(115)의 전체 형상과 동일하게 형성될 수 있다. 이때, 제1 냉매 채널(115)의 형상에는 제약이 없으며, 이와 마찬가지로 제1 플레이트(110)의 제1 라인 구조물(115) 역시 그에 대응하여 자유로운 형상을 가질 수 있다. 즉, 제1 라인 구조물(115)은 대략 반원 파이프 형태의 구조들이 일 평면상에서 서로 복합적으로 연결된 구조로 이루어질 수 있으며, 반원 파이프 형태 구조들의 나머지 반원에 해당하는 부분은 개방된 형태로 이루어질 수 있다.
그리고, 제1 플레이트(110)는 제1 냉매 채널(115)을 형성하기 위한 제1 라인 구조물(111) 이외에, 제1 라인 구조물(111)의 어느 일 부분과 다른 일 부분을 서로 연결하여 제1 라인 구조물(110)을 구조적으로 지지하기 위한 지지 구조물(112)들을 더 포함할 수 있다. 지지 구조물(112)의 구조나 형태에 제약은 없으나, 예를 들어 지지 구조물(112) 또한 라인 형태로 형성될 수 있고, 해당 라인은 직선 형태이거나 곡선 형태일 수 있으며, 지지 구조물(112)은 편평한 평면이거나 또는 곡면구조로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 제1 플레이트(110)는 일면이 제1 라인 구조물(111)과 지지 구조물(112) 등에 의해 볼록한 곡면 형태로 형성될 수 있고, 반대면은 제1 라인 구조물(111)을 따라 제1 냉매 채널(115)이 오목하게 음각으로 형성된 형태로 형성될 수 있다. 이하 본 발명에서 편의상 제1 플레이트(110)의 상술한 볼록한 곡면 형태의 일 면을 제1 플레이트의 앞면(110A)이라 하고, 그 반대 면을 제1 플레이트의 뒷면(110B)이라 하기로 한다.
여기서, 제1 플레이트(110), 보다 구체적으로는 제1 라인 구조물(111)의 앞면 또는 측면에는 제1 냉매 채널(115)과 연통되며 컴포넌트(200)들이 장착될 수 있는 장착 포트(116)가 다수개 구비될 수 있으며, 장착 포트(116)에 컴포넌트(200)들이 장착되어 컴포넌트(200)가 제1 냉매 채널(115)과 연통될 수 있다.
또한, 제1 플레이트(110)에는 제1 냉매 채널(115)과 직접 연통되어 외부와 연통 가능하게 구성되는 제1 포트(117)가 적어도 하나 이상 마련될 수 있다. 여기서 외부라 함은 차량 냉각 시스템의 전체 냉각 라인 중 다른 컴포넌트들, 예를 들어 본 발명의 통합 쿨링 모듈 이외에 또 다른 콘덴서에 해당하는 인사이드 콘덴서(Inside Condenser), 증발기(Evaporator), 외부 열교환기(OHX) 등이 이에 해당될 수 있으며, 밸브 등을 통해 제1 포트(117)와 외부의 다른 컴포넌트들이 서로 유동적으로 연결될 수 있다. 이와 같이 외부와 연결 가능한 포트가 구비됨으로써, 판형 매니폴드 자체에 장착되는 컴포넌트들 이외에 외부의 또 다른 컴포넌트들과 판형 매니폴드와의 연결이 가능해지고, 이에 따라 판형 매니폴드에는 필수적인 컴포넌트들만을 직접 장착하여 통합 쿨링 모듈을 컴팩트하게 구성할 수 있고, 동시에 판형 매니폴드에 외부 컴포넌트들이 간접적으로 연결 가능하게 구성되어 통합 쿨링 모듈의 전체 냉각 시스템과의 연계성이 향상될 수 있다.
제2 플레이트(120)는 제1 플레이트(110)와 적층 결합되어 제1 플레이트(110)의 제1 라인 구조물(111)의 개방된 측면을 폐쇄하기 위한 구성으로서, 정면에서 바라볼 때 제2 플레이트(120)는 제1 라인 구조물(111)의 형태와 대응되는 형태로 형성될 수 있으며, 제1 플레이트(110)의 지지 구조물(112)과 접경하는 지지부가 더 마련된 형태로 형성될 수 있다. 즉, 제2 플레이트(120)는 평판으로 형성되되 제1 플레이트(110)의 제1 라인 구조물(111)과 제1 플레이트(110)의 지지 구조물(112)이 통합된 형태와 대응되는 형태를 가질 수 있으며, 이에 따라 제2 플레이트(120)에서 제1 플레이트(110)의 제1 라인 구조물(111)과 제1 플레이트(110)의 지지 구조물(112)에 대응되는 부분 이외의 부분은 빈 공간으로 형성될 수 있다. 다만, 후술하는 바와 같이 제2 플레이트(120)에는 제3 플레이트(130)에 대응되는 부분이 더 형성될 수 있으며, 이에 따라 제2 플레이트(120)는 일면(120A)의 적어도 일부가 제1 플레이트(110)의 뒷면(110B)의 형태와 실질적으로 동일한 형태로 형성될 수 있다.
본 발명의 판형 매니폴드(100)는 제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(120)가 서로 적층 결합되는 것으로서, 제1 플레이트의 뒷면(110B)과 제2 플레이트의 일면(120A)이 대향하게 될 수 있다. 이때, 제2 플레이트(120)의 뒷면(110B) 중 제2 플레이트(120)의 편평한 일면(120A)과 접하는 접경면(119)는 평면으로 이루어질 수 있다. 즉, 제1 플레이트의 뒷면(110B)에서 제1 냉매 채널(115)이 음각으로 형성된 부분을 제외하고 제1 플레이트의 일면(120A)과 접경하게 되는 부분은 편평하게 이루어질 수 있으며, 이에 따라 제1 플레이트의 뒷면(110B)의 접경면(119)은 제2 플레이트의 편평한 일면(120A)과 서로 평행하게 면접될 수 있다.
본 발명은 이와 같이 판형 매니폴드가 제1 플레이트와 제2 플레이트가 적층 결합된 구조로 구성됨으로써 판형 매니폴드의 제작 용이성이 증가할 수 있다. 이때 제1 플레이트를 아치형 플레이트로 구성하고 제2 플레이트를 평판으로 구성함으로써 제1 플레이트의 형태에 구애받지 않고 제1 플레이트를 정밀하게 제작할 수 있고 제2 플레이트를 쉽게 제작할 수 있다. 또한 제1 플레이트와 제2 플레이트가 평면상에서 면접하게 구성됨으로써 제1 플레이트와 제2 플레이트 간 결합이 용이해질 뿐만 아니라, 결합시 판형 매니폴드의 강성과 기밀성이 향상될 수 있다.
한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 판형 매니폴드(100)는 제1 플레이트(110), 제2 플레이트(120) 이외에 제3 플레이트(130)를 더 포함하고, 제2 플레이트(120)와 제3 플레이트(130)가 서로 결합된 구조로 이루어질 수 있다. 즉, 본 예의 판형 매니폴드(100)는 도 6에 도시된 바와 같이 평판인 제2 플레이트(120)가 사이에 배치되고, 제2 플레이트의 일면(120A)에 제1 플레이트(110)가 결합되고, 제2 플레이트의 타면(120B)에 제3 플레이트(130)가 결합된 구조로 이루어질 수 있으며, 이에 따라 제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(120) 사이에 형성되는 제1 냉매 채널(115) 이외에, 제2 플레이트(120)와 제3 플레이트(130)가 결합된 구조 내부에 제2 냉매 채널(135)이 추가로 형성될 수 있다.
제3 플레이트(130)는 제1 플레이트(110)와 대칭되는 구조로 이루어질 수 있다. 즉, 제3 플레이트(130)는 제2 냉매 채널(125)을 따라 제2 라인 구조물(131)이 형성되고 제2 라인 구조물(131) 내측에 제2 냉매 채널(125)이 음각으로 형성되는 아치형 플레이트일 수 있고, 정면에서 바라볼 때 제2 플레이트(130)의 제2 라인 구조물(131)의 형상은 제2 냉매 채널(135)의 전체 형상과 동일하게 형성될 수 있다. 또한, 제3 플레이트(130) 역시 제2 라인 구조물(131) 이외에 제2 라인 구조물(131)을 구조적으로 지지하기 위한 지지 구조물(132)을 더 포함할 수 있다.
그리고, 제2 플레이트(130)는 일면이 제2 라인 구조물(131)과 지지 구조물(132) 등에 의해 볼록한 곡면 형태로 형성될 수 있고, 반대 면은 제2 라인 구조물(131)을 따라 제2 냉매 채널(135)이 오목하게 음각으로 형성된 형태로 형성될 수 있으며, 이하 편의상 제2 플레이트(130)의 상술한 볼록한 곡면 형태의 일 면을 제2 플레이트의 앞면(130A)이라 하고, 그 반대 면을 제2 플레이트의 뒷면(130B)이라 하기로 한다. 여기서, 제3 플레이트(130) 역시 제1 플레이트(110)와 마찬가지로, 제3 플레이트의 뒷면(130B) 중 제2 플레이트(120)의 편평한 타면(120B)과 접하는 접경면(139)은 평면으로 이루어질 수 있다.
여기서, 제2 플레이트(130)는 정면에서 바라볼 때 제2 라인 구조물(131)의 형태와 대응되는 형태로 형성될 수 있고, 제2 플레이트(130)의 지지 구조물(132)과 접경하는 지지부가 더 마련된 형태로 형성될 수 있다. 즉, 제2 플레이트(130)는 제1 플레이트(110)의 제1 라인 구조물(111)과 제1 플레이트(110)의 지지 구조물(112)에 대응되는 부분과, 제2 플레이트(130)의 제2 라인 구조물(131)과 제2 플레이트(130)의 지지 구조물(132)에 대응되는 부분으로 이루어질 수 있으며, 이에 따라 제2 플레이트(120)는 타면(120B)의 적어도 일부가 제3 플레이트의 뒷면(130B)의 형태와 동일한 형태로 형성될 수 있다.
한편, 제3 플레이트(130) 역시 제1 플레이트(110)와 마찬가지로 제2 라인 구조물(131)의 앞면 또는 측면에는 제2 냉매 채널(135)과 연통되며 컴포넌트(200)들이 장착될 수 있는 장착 포트(136)가 적어도 하나 이상 구비될 수 있으며, 장착 포트(116)에 컴포넌트(200)들이 장착되어 컴포넌트(200)가 제2 냉매 채널(135)과 연통될 수 있다. 또한, 제3 플레이트(130)에는 제2 냉매 채널(135)과 직접 연통되어 외부와 연통 가능하게 구성되는 제2 포트(137)가 적어도 하나 이상 마련될 수 있다.
본 예에서, 도 8을 다시 참조하면, 제2 플레이트(120)에는 제2 플레이트(120)를 관통하여 제1 냉매 채널(115)과 제2 냉매 채널(135)을 연통시키는 관통홀(125)이 하나 이상 형성될 수 있다. 관통홀을 통해 제1 냉매 채널과 제2 냉매 채널이 연통됨으로써 판형 매니폴드 내부에 냉매의 유동 라인을 유연하게 설계할 수 있으며, 추가 구조물 없이 제1 냉매 채널과 제2 냉매 채널을 연통시킬 수 있어 공간 활용도를 높일 수 있다.
이상과 같이, 본 예에 따른 판형 매니폴드(100)는, 제2 플레이트(120)의 일면(120A)에 제1 플레이트(110)가 결합된 구조로 이루어진 제1 실시예에 따른 판형 매니폴드에서, 제2 플레이트(120)의 타면(120B)에 제2 플레이트(130)를 추가적으로 결합하여, 제1 냉매 채널(115) 이외에 또 다른 냉매 채널인 제2 냉매 채널(135)을 더 형성한 것으로서, 이를 통해 제2 플레이트를 중심으로 냉매 채널들이 집약적으로 이루어져 판형 매니폴드의 크기를 축소할 수 있고, 냉매의 유동 라인을 더욱 유연하게 설계할 수 있으며, 제2 플레이트에 의해 컴포넌트들을 장착하거나 포트를 형성할 수 있는 공간이 증가하게 됨으로써 컴포넌트 장착성 및 외부와의 연결 확장성이 증가될 수 있다.
한편, 아치형 플레이트인 제1 플레이트(110)와 제3 플레이트(130)는 제작 방식에 따라, Aluminum, Thermo-plastic, Stainless steel 등의 재질을 가질 수 있으며, 제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(120), 및 제2 플레이트(120)와 제3 플레이트(130) 간 결합은 Brazing, Structrual adhesives, Mechanical fixtation 등의 방식을 통해 서로 적층 결합되도록 제작될 수 있다.
이하에서는, 상술한 판형 매니폴드(100)에 컴포넌트(200)들이 장착되어 구성되는 통합 쿨링 모듈(10)에 대해 살펴보기로 한다. 통합 쿨링 모듈(10)은, 제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(120)가 결합된 제1 실시예에 따른 판형 매니폴드(100)에 컴포넌트(200)들이 장착된 것이거나, 제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(120) 이외에 제3 플레이트(130)를 더 포함하여 제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(120)가 결합되고 제2 플레이트(120)와 제3 플레이트(130)가 결합된 제2 실시예에 따른 판형 매니폴드(100)에 컴포넌트(200)들이 장착된 것일 수 있으며, 이하에서는 설명의 편의상 제2 실시예에 따른 판형 매니폴드(100)에 컴포넌트(200)들이 장착된 것을 기준으로 설명하도록 한다.
먼저, 본 발명의 통합 쿨링 모듈(10)에 있어서 판형 매니폴드(100)는 바닥면과 수직하게 배치될 수 있다. 즉, 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 판형 매니폴드(100)는 제1, 제2, 제3 플레이트(110, 120, 130)가 적층 결합되어 전체적으로 넓은 판상으로 형성될 수 있으며, 이때 판형 매니폴드(100)가 바닥면을 기준으로 수직한 방향으로 세워진 형태로 배치될 수 있다. 이에 따라 제1 냉매 채널(115) 및 제2 냉매 채널(135)을 유동하는 냉매 또한 바닥면과 수직한 방향으로 유동되도록 구성되어, 판형 매니폴드(100) 내의 적어도 일부 영역에서 냉매가 하강하는 흐름을 가질 수 있다.
컴포넌트(200)들은 판형 매니폴드(100)의 앞면에 장착될 수 있다. 도 3을 다시 참조하면, 본 발명의 일 예에 따른 통합 쿨링 모듈(10)은 컴포넌트들(200)이 매니폴드(100)의 앞면과 뒷면 중 앞면에만 장착되도록 구성될 수 있으며, 이때 컴포넌트(200)들은 콘덴서(COND), 칠러(Chiller), PT 센서(PT Sensor) 및 팽창밸브(EXV)를 포함할 수 있다. 이와 같이 판형 매니폴드의 일면에 컴포넌들을 집약하여 배치하는 것이 공간 활용, 무게 분배 및 냉각 효율성 등의 측면에서 유리할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 판형 매니폴드의 반대면, 즉 제3 플레이트의 앞면에 컴포넌트들을 추가적으로 장착할 수 있음은 물론이다.
PT 센서(PT Sensor)와 팽창밸브(EXV)는 다수개가 장착될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 PT 센서는 3개가 장착될 수 있으며, 팽창 밸브는 5개가 장착될 수 있다. 본 발명에서 팽창밸브(EXV)는 특히 전자밸브(ERV, Electric Refrigerant Valve)로서, 냉매의 압력을 강화시키는 기능을 수행함과 동시에, 유로의 일부 또는 전부를 개폐하는 기능을 함께 수행하도록 구성될 수 있으며, 이를 통해 유로 내의 냉각 회로가 각 모드에 맞게 변경될 수 있다.
콘덴서(COND)와 칠러(Chiller)는, 콘덴서(COND)와 칠러(Chiller)의 길이방향(L)이 중력방향과 나란하게 배치될 수 있다. 도 10은 도 1을 다시 나타낸 것으로, 도 10에 콘덴서와 칠러의 길이방향(L), 폭방향(W), 높이방향(H)을 나타내었으며, 도시된 바와 같이 콘덴서(COND)와 칠러(Chiller)는 길이방향(L)이 바닥면과 수직을 이루어 콘덴서(COND)와 칠러(Chiller)의 길이방향(L)이 중력방향과 서로 나란하게 매니폴드(100)에 장착될 수 있고, 이에 따라 콘덴서(COND)와 칠러(Chiller)는 서로 평행한 형태로 배치될 수 있다. 이는 상대적으로 무거운 콘덴서와 칠러에 있어서 콘덴서와 칠러의 길이방향을 따라 하중이 넓게 분산되도록 하기 위함으로써, 이에 따라 매니폴드와의 결합 연결부의 열화 즉 편하중, 굽힙응력 등의 과잉으로 인한 O-Ring 등의 기밀 부자재 등의 손괴를 최대한 방지할 수 있다. 또한, 하중이 넓게 분산됨에 따라 장착 시 안정성을 확보할 수 있고, 우수한 NVH 성능을 확보할 수 있다.
본 발명의 통합 쿨링 모듈(10)은, 판형 매니폴드(100)의 일 측면에 어큐뮬레이터(ACCU)가 더 장착될 수 있으며, 어큐뮬레이터(ACCU)는 제1 냉매 채널(115)과 연통되거나, 제1 냉매 채널(115) 및 제2 냉매 채널(135)과 동시에 연통될 수 있다. 어큐뮬레이터(ACCU)가 제1 냉매 채널(115) 및 제2 냉매 채널(135)과 동시에 연통되는 경우, 특히 제2 냉매 채널(135)을 유동하는 냉매는 기체 상태일 수 있으며, 이는 제1 냉매 채널 내부를 유동하는 냉매의 상태와 제2 냉매 채널 내부를 유동하는 냉매의 상태를 다르게 하여 통합 쿨링 모듈 설계시 이들의 관계를 적절히 이용하여 냉각 효율을 극대화하도록 할 수 있다. 또한, 도 10에 도시한 바와 같이 어큐뮬레이터(ACCU)는 길이방향(L)이 중력방향과 나란하도록 판형 매니폴드(100)의 일 측면에 장착될 수 있으며, 이에 따라 냉매의 기액을 효과적으로 분리할 수 있다.
여기서, 본 발명의 통합 쿨링 모듈(10)은, 판형 매니폴드(100)를 정면에서 바라보았을 때, 콘덴서(COND)가 가장 좌측에 배치되고, 어큐뮬레이터(ACCU)가 가장 우측에 배치되는 구조로 이루어질 수 있으며, 그 사이에 칠러(Chiller)가 배치될 수 있다. 콘덴서와 어큐뮬레이터가 다른 컴포넌트들에 비해 무겁기 때문에 이들을 각각 최외각에 배치함으로써 무게를 좌우방향으로 적절히 분배하여 통합 쿨링 모듈의 구조적 안정성을 확보할 수 있다.
한편, 본 발명의 통합 쿨링 모듈(10)은 상술한 바와 같이 판형 매니폴드에 콘덴서, 칠러, PT 센서, 팽창밸브 및 어큐뮬레이터가 장착된 기본 구조에서, 두 가지 선택적인 구조로 제작될 수 있다. 하나는 콘덴서(COND)를 수냉식 콘덴서로 구성하고 판형 매니폴드의 앞면에 플레이트 타입 내부 열교환기(P-IHX)를 더 장착하는 구조이고, 나머지 하나는 콘덴서를 공냉식 콘덴서로 구성하고 어큐뮬레이터(ACCU) 내부에 내부 열교환기(IHX)를 수용하여 일체화한 구조일 수 있다. 도 10이 전자의 구조를 나타내고 있으며, 후자의 구조는 따로 도시하지는 않았다. 전자의 구조가 후자의 구조에 비해 열교환 성능이 뛰어나지만 가격이 더 고가이므로, 용도에 따라 적절히 선택할 수 있다.
이하에서는, 상술한 통합 쿨링 모듈에 있어서, A/C Mode(냉각 모드)와 H/P Mode(난방 모드)의 냉매 순환에 대해 살펴보도록 한다. 도 11은 통합 쿨링 모듈을 개략적으로 나타낸 것이고, 도 12는 A/C Mode에서의 냉매 흐름을 나타낸 것이며, 도 13은 H/P Mode에서의 냉매 흐름을 나타낸 것이다. 도 11과 같이, 팽창 밸브는 제1 내지 제5 밸브(Valve 1-5)로 구성될 수 있으며, 이때 제4 밸브(Valve 4)는 A/C Mode에서는 부분 개방되어 팽창밸브로 기능할 수 있고, H/P Mode 에서는 부분 개방되어 배터리로부터의 폐열을 흡수하는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 제4 밸브(Vavle 4)는 A/C Mode 중 배터리의 냉각이 LTR에 의존하거나, H/P Mode 중 배터리의 폐열 흡수 필요가 없는 경우 등에서는 완전 폐쇄되도록 구성될 수 있다. 또한, 나머지 밸브들도 상술한 바와 같이 유로를 일부 또는 전부 개폐하도록 구성될 수 있다.
우선, 도 12를 참조하여 A/C Mode에서 냉매 흐름에 대해 먼저 살펴보도록 한다. 도 12(a)는 제1 냉매 채널에서의 냉매 흐름을 나타내고, 도 12(b)는 제2 냉매 채널에서의 냉매 흐름을 나타낸다. 도 12에 도시된 바와 같이 A/C Mode에서는, 제1, 제3, 제4 밸브가 개방되어 있을 수 있고, 제2, 제5 밸브는 폐쇄되어 있을 수 있다.
도시된 바와 같이, 외부의 컴프레셔(COMP)로부터 냉매가 COMP Out 포트로 유입되고, 제1 밸브(Valve 1)를 지나 콘덴서(COND)로 유입된다. 이후 콘덴서(COND)를 지나 OHX In 포트를 통해 외부 열교환기(OHX)를 지나 OHX Out 포트를 통해 제1 냉매 채널로 되돌아오게 된다. 이후 내부 열교환기(P-IHX)를 지나 제3 밸브(Valve 3)와 제4 밸브(Valve 4)로 나누어 이동된다. 제3 밸브(Valve 3)로 이동된 냉매는 칠러(Chiller)를 지나 내부 열교환기(P-IHX)로 다시 이동된 후 COMP In 포트를 통해 최종적으로 외부로 배출될 수 있다. 제4 밸브(Valve 4)로 이동된 냉매는 관통홀을 통해 제2 냉매 채널로 이동된 후 EVAP In 포트를 통해 증발기(EVAP)를 지나 EVAP Out 포트를 통해 제1 냉매 채널로 되돌아온 후, 관통홀을 통해 제1 냉매 채널로 이동되어 어큐뮬레이터(ACCU)를 지나 기액분리된 후 내부 열교환기(P-IHX)로 다시 이동되어 COMP In 포트를 통해 최종적으로 외부로 배출될 수 있다. 본 모드에서는 외부 열교환기(OHX)에서 냉매보다 약 10°C 낮은 공기를 통해 냉매를 과냉각하여 냉각 성능을 개선할 수 있으며, 냉매 흡입 측의 냉매 온도가 낮아 이를 통해 추가적으로 과냉각이 가능해져 냉각 성능이 극대화될 수 있다.
다음으로, 도 13을 참조하여 H/P Mode에서의 냉매 흐름에 대해 살펴보도록 한다. 도 13(a)는 제1 냉매 채널에서의 냉매 흐름을 나타내고, 도 13(b)는 제2 냉매 채널에서의 냉매 흐름을 나타낸다. 도 13에 도시된 바와 같이 H/P Mode 에서는 A/C Mode와 반대로 제1, 제3, 제4 밸브가 폐쇄되어 있을 수 있고, 제2, 제5 밸브가 개방되어 있을 수 있다.
도시된 바와 같이, 외부의 컴프레셔(COMP)로부터 냉매가 COMP Out 포트로 유입되고, 제5 밸브(Valve 5)를 지나 관통홀을 통해 제2 냉매 채널로 이동된 후 INSIDE COND In 포트를 통해 인사이드 콘덴서(INSIDE COND)를 지나 INSIDE COND Out 포트를 통해 제2 냉매 채널로 되돌아오게 된다. 이후 관통홀을 통해 제1 냉매 채널로 이동된 후 제2 밸브를 지나 OHX In 포트를 통해 외부 열교환기(OHX)를 지나 OHX Out 포트를 통해 제1 냉매 채널로 되돌아온 후 칠러와 어큐뮬레이터를 차례로 지나게 되고, 이후 내부 열교환기(P-IHX)를 지나 최종적으로 COMP In 포트를 통해 최종적으로 외부로 배출될 수 있다. 본 모드에서는 외부 열교환기(OHX)를 통해 공기의 폐열을 이용하여 시스템 성능이 더욱 향상될 수 수 있고, 나아가 높은 냉매 열원(예를 들어, PE, 모터, 배터리 등)의 열원을 통해 난방 성능이 극대화될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 통합 쿨링 모듈은, 냉각 시스템을 구성하는 각 구성요소들을 판형 매니폴드를 통해 한데 집약적으로 통합시킨 것으로, 이에 의하면 냉각 시스템을 구성하는 컴포넌트들의 일체화를 통해 호스나 배관류를 삭제함으로써 냉각 시스템 전체의 소형화 및 경량화를 도모할 수 있으며, 각 컴포넌트들을 차량 내 장착하기 위한 마운팅 구조(브라켓, 볼트, 너트 등)을 삭제함으로써 냉각 시스템을 구성하는 것에 있어 부품수와 조립 공수를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 판형 매니폴드는 아치형 플레이트와 평판이 적층 결합되는 구조를 가짐으로써 두 플레이트를 결합하는 것이 용이하며, 두 플레이트의 결합시 판형 매니폴드의 강성과 기밀성이 향상될 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.
10: 통합 쿨링 모듈
100: 판형 매니폴드
110: 제1 플레이트
115: 제1 냉매 채널
120: 제2 플레이트
130: 제3 플레이트
135: 제2 냉매 채널
200: 컴포넌트
COND: 콘덴서
Chiller: 칠러
EXV: 팽창밸브
PT Sensor: PT 센서
IHX: 내부 열교환기
ACCU: 어큐뮬레이터

Claims (17)

  1. 판형 매니폴드; 및
    상기 판형 매니폴드에 장착되는 컴포넌트들;을 포함하고,
    상기 판형 매니폴드는 제1 플레이트와 제2 플레이트가 서로 적층 결합되어 내부에 제1 냉매 채널이 형성되는 구조로 이루어지되,
    상기 제1 플레이트는 상기 제1 냉매 채널을 따라 형성되는 제1 라인 구조물 내측에 상기 제1 냉매 채널이 음각으로 형성되고,
    상기 제2 플레이트는 일면과 타면이 편평하게 이루어지는 평판인 것을 특징으로 하는, 통합 쿨링 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 플레이트의 뒷면 중 상기 제2 플레이트의 일면과 접하는 접경면은 평면인 것을 특징으로 하는, 통합 쿨링 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 플레이트는, 상기 제2 플레이트의 일면의 적어도 일부가 상기 제1 플레이트의 뒷면의 형태와 동일한 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는, 통합 쿨링 모듈.
  4. 제1항에 있어서
    상기 제1 플레이트에는 상기 제1 냉매 채널과 직접 연통되어 외부와 연통 가능하게 구성되는 제1 포트가 하나 이상 마련되는 것을 특징으로 하는, 통합 쿨링 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 판형 매니폴드는 바닥면과 수직하게 배치되는 것을 특징으로 하는, 통합 쿨링 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 판형 매니폴드의 앞면에 상기 컴포넌트들이 장착되고,
    상기 컴포넌트들은 콘덴서, 칠러, PT 센서, 및 팽창밸브를 포함하는, 통합 쿨링 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 콘덴서와 칠러는,
    상기 콘덴서와 칠러의 길이방향이 중력방향과 나란하게 배치되는 것을 특징으로 하는, 통합 쿨링 모듈.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 판형 매니폴드의 일 측면에 어큐뮬레이터가 더 장착되며,
    상기 어큐뮬레이터는 상기 제1 냉매 채널과 연통되는 것을 특징으로 하는, 통합 쿨링 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 판형 매니폴드를 정면에서 바라보았을 때,
    상기 콘덴서가 가장 좌측에 배치되고,
    상기 어큐뮬레이터가 가장 우측에 배치되는 것을 특징으로 하는, 통합 쿨링 모듈.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 콘덴서는 수냉식 콘덴서이고,
    상기 판형 매니폴드의 앞면에 플레이트 타입 내부 열교환기(P-IHX)가 더 장착되는 것을 특징으로 하는, 통합 쿨링 모듈.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 컨데서는 공냉식 콘덴서이고,
    상기 어큐뮬레이터는 내부에 내부 열교환기(IHX)가 일체로 수용되는 것을 특징으로 하는, 통합 쿨링 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 판형 매니폴드는 제3 플레이트를 더 포함하고, 상기 제2 플레이트와 상기 제3 플레이트가 서로 적층 결합되어 내부에 제2 냉매 채널이 추가로 형성되는 구조로 이루어지며,
    상기 제3 플레이트는 상기 제2 냉매 채널을 따라 형성되는 제2 라인 구조물 내측에 상기 제2 냉매 채널이 음각으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 통합 쿨링 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제3 플레이트의 뒷면 중 상기 제2 플레이트의 타면과 접하는 접경면은 평면인 것을 특징으로 하는, 통합 쿨링 모듈.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제2 플레이트는, 상기 제2 플레이트의 타면의 적어도 일부가 상기 제3 플레이트의 뒷면의 형태와 동일한 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는, 통합 쿨링 모듈.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제3 플레이트에는 상기 제2 냉매 채널과 직접 연통되어 외부와 연통 가능하게 형성되는 제2 포트가 하나 이상 마련되는 것을 특징으로 하는, 통합 쿨링 모듈.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 제2 플레이트에는 상기 제2 플레이트를 관통하여 상기 제1 냉매 채널과 상기 제2 냉매 채널을 연통시키는 관통홀이 하나 이상 형성되는 것을 특징으로 하는, 통합 쿨링 모듈.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 판형 매니폴드의 일 측면에 어큐뮬레이터가 장착되며,
    상기 어큐뮬레이터는 상기 제1 냉매 채널 및 상기 제2 냉매 채널과 동시에 연통되는 것을 특징으로 하는, 통합 쿨링 모듈.
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