KR20230011578A - 통합 쿨링 모듈 - Google Patents

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KR20230011578A
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이상용
황인국
이해준
이상옥
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한온시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 차량 냉각 시스템에 적용되는 통합 쿨링 모듈에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 매니폴드를 중심으로 컴포넌트들을 일체화하여 호스나 배관류를 삭제함으로써 냉각 시스템 전체의 소형화 및 경량화를 도모할 수 있고, 매니폴드를 중력방향으로 길게 구성하여 내부에 냉각수를 저장하고 컴포넌트들을 집약적으로 장착하는 것에 유리하며, 매니폴드 내부에 내부 열교환기를 구비함으로써 공간 효율을 극대화할 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, 매니폴드를 중심으로 컴포넌트들을 일체화하여 호스나 배관류를 삭제함으로써 냉각 시스템 전체의 소형화 및 경량화를 도모할 수 있고, 매니폴드를 중력방향으로 길게 구성하여 내부에 냉각수를 저장하고 컴포넌트들을 집약적으로 장착하는 것에 유리하며, 매니폴드 내부에 내부 열교환기를 구비함으로써 공간 효율을 극대화할 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, 매니폴드를 중심으로 컴포넌트들을 일체화하여 호스나 배관류를 삭제함으로써 냉각 시스템 전체의 소형화 및 경량화를 도모할 수 있고, 매니폴드를 중력방향으로 길게 구성하여 내부에 냉각수를 저장하고 컴포넌트들을 집약적으로 장착하는 것에 유리하며, 매니폴드 내부에 내부 열교환기를 구비함으로써 공간 효율을 극대화할 수 있는 통합 쿨링 모듈을 제공하기 위한 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 예에 따른 통합 쿨링 모듈은, 매니폴드; 및 상기 매니폴드에 장착되는 컴포넌트들;을 포함하고, 상기 매니폴드는 내부에 냉각수가 저장 및 유동될 수 있는 냉각수 저장부를 포함하고, 상기 저장부 주위에는 냉매가 유동할 수 있는 냉매 채널이 형성될 수 있다.
상기 매니폴드는 제1 매니폴드와, 제2 매니폴드와, 제3 매니폴드가 서로 적층 결합된 구조를 가지며, 상기 제2 매니폴드는 내부가 중공되게 형성되고, 중공된 내부에는 상기 냉각수 저장부가 위치하고, 상기 제1 매니폴드와 상기 제3 매니폴드는, 상기 제2 매니폴드의 중공된 내부를 덮어 폐쇄할 수 있다.
상기 제1 매니폴드와 제2 매니폴드 사이에는 상기 제1 매니폴드와 제2 매니폴드 사이를 기밀하기 위한 제1 가스켓이 구비되고, 상기 제2 매니폴드와 제3 매니폴드 사이에는 상기 제2 매니폴드와 상기 제3 매니폴드 사이를 기밀하기 위한 제2 가스켓이 구비될 수 있다.
상기 제2 매니폴드를 구성하는 하우징의 내측에 상기 냉매 채널이 형성될 수 있다.
상기 제1 매니폴드를 구성하는 하우징의 내측과, 상기 제2 매니폴드를 구성하는 하우징의 내측 중 적어도 하나에, 상기 냉매 채널이 더 형성될 수 있다.
상기 제1 매니폴드에는 상기 냉각수 저장부로 상기 냉각수를 유입할 수 있도록 상기 제1 매니폴드를 관통하는 냉각수 유입구가 형성되고, 상기 냉각수 유입구에는 상기 냉각수 유입구를 폐쇄하는 냉각수 유입구 마개가 구비될 수 있다.
상기 제3 매니폴드에는 일측이 상기 제3 매니폴드와 결합되고 일측에서 타측으로 연장 형성되는 받침다리가 하나 이상 구비될 수 있다.
상기 매니폴드의 내부이자 상기 냉각수 저장부의 내부에 내부 열교환기(IHX)가 구비될 수 있다.
상기 매니폴드에는 상기 냉각수 저장부와 컴포넌트를 연통시키는 제1 장착 포트가 형성되고, 상기 냉매 채널과 컴포넌트를 연통시키는 제2 장착 포트가 형성될 수 있다.
상기 컴포넌트들 중 적어도 하나는 상기 제1 장착 포트 및 상기 제2 장착 포트와 유동적으로 연결되어, 내부에 상기 냉각수와 상기 냉매가 각각 유동되도록 구성될 수 있다.
상기 컴포넌트들은 콘덴서, 칠러, PT 센서, 팽창밸브, 및 워터펌프를 포함할 수 있다.
상기 워터펌프는 상기 제1 장착 포트를 통해 상기 냉각수 저장부와 유동적으로 연결되고, 상기 콘덴서, PT 센서, 및 팽창밸브는 각각 상기 제2 장착 포트를 통해 상기 냉매 채널과 유동적으로 연결되며, 상기 칠러는 상기 제1 장착 포트 및 상기 제2 장착 포트를 통해 상기 냉각수 저장부 및 상기 냉매 채널과 유동적으로 연결될 수 있다.
상기 매니폴드에는 상기 칠러와 상기 워터 펌프가 각각 2개씩 장착될 수 있다.
상기 컴포넌트들은 워터펌프를 포함하고, 상기 매니폴드에는 상기 워터펌프 중 상기 매니폴드와 결합되는 단부 측이 수용되는 홈 형태의 워터펌프 장착구조가 구비될 수 있다.
상기 매니폴드에는 상기 냉각수 저장부와 외부를 연통시키는 제1 연결 포트가 적어도 하나 이상 형성되고, 상기 냉매 채널과 외부를 연통시키는 제2 연결 포트가 적어도 하나 이상 형성될 수 있다.
상기 매니폴드는 중력방향으로 길게 형성될 수 있다.
상기 컴포넌트들은 콘덴서와 칠러를 포함하고, 상기 콘덴서와 칠러는 상기 콘덴서와 칠러의 길이방향이 중력방향과 나란하게 배치될 수 있다.
본 발명에 의하면 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, 매니폴드를 중력방향으로 길게 구성하여 내부에 냉각수를 저장하고 컴포넌트들을 집약적으로 장착하는 것에 유리하며, 매니폴드 내부에 내부 열교환기를 구비함으로써 공간 효율을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 쿨링 모듈을 정면 상부에서 바라본 사시도이다.
도 2는 도 1의 통합 쿨링 모듈을 후면 하부에서 바라본 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 예에 따른 매니폴드의 정면 사시도이다.
도 4는 도 3의 후면 사시도이다.
도 5는 도 3의 분해사시도이다.
도 6은 도 1을 다시 나타낸 것으로, 콘덴서와 칠러의 길이방향, 폭방향, 높이방향을 나타낸다.
도 7은 냉각 시스템에 있어서 냉매 순환 경로와 냉각수 순환 경로의 일 예를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 예에 따른 냉매 순환 경로를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일 예에 따른 냉각수 순환 경로를 개략적으로 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 통합 쿨링 모듈을 정면 상부에서 바라본 사시도이고, 도 2는 도 1의 통합 쿨링 모듈을 후면 하부에서 바라본 사시도로서, 도시된 바와 같이 본 발명의 본 발명의 통합 쿨링 모듈(10)은 크게 매니폴드(100)와 매니폴드에 장착되는 다수의 컴포넌트(200)들로 이루어질 수 있다.
본 발명은 매니폴드(100)를 중심으로 각 컴포넌트(200)들이 통합된 것으로서, 매니폴드(100)는 다수의 컴포넌트(200)들 각각이 장착될 수 있는 장착공간을 제공하고, 냉매가 유동될 수 있는 냉매 채널이 형성되며, 냉각수가 저장 및 유동될 수 있는 냉각수 저장부가 마련될 수 있다.
컴포넌트(200)들은 차량 냉각 시스템의 구성요소에 해당하는 것으로, 본 발명에서 각 컴포넌트는, 콘덴서(COND), 칠러(Chiller), PT 센서(PT Sensor), 팽창밸브(EXV), 및 워터펌프(EWP) 중 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으며, 후술하는 바와 같이 매니폴드(100)의 내부에는 내부 열교환기(IHX)가 구비될 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, 워터펌프(EWP, Electric Water Pump)는 냉각수를 가압하여 이송하는 전자식 펌프이며, 내부 열교환기(IHX, Intener Heat Exchanger)는 고온액상의 냉매와 저온기상의 냉매를 서로 열교환 시키는 열교환기이다.
이러한 각 컴포넌트(200)들은 매니폴드(100)에 장착되어 통합 쿨링 모듈(10)을 구성하며, 이때 각 컴포넌트(200)들은 매니폴드(100)의 내부에 형성된 냉매 채널과 냉각수 저장부 중 적어도 어느 하나와 연통되도록 장착될 수 있다. 보다 구체적으로 각 컴포넌트(200)들은 매니폴드(100)에 형성되어 냉매 채널과 연통되는 각 냉매 채널용 장착 포트들과 냉각수 저장부와 연통되는 냉각수 저장부용 장착 포트들 중 각 컴포넌트들에 대응되는 장착 포트와 연통되도록 장착됨으로써 냉매 채널 및 냉각수 저장부 중 적어도 하나와 연통될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 매니폴드(100)에 대해 먼저 살펴보도록 한다. 도 3은 본 발명의 일 예에 따른 매니폴드의 정면 사시도이고, 도 4는 도 3의 후면 사시도이고, 도 5는 도 3의 분해사시도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 매니폴드(100)는 내부에 냉각수가 저장 및 유동될 수 있는 냉각수 저장부(110)를 포함하고, 냉각수 저장부(110) 주위에 냉매가 유동될 수 있는 냉매 채널(120)이 형성될 수 있다. 즉, 본 발명의 매니폴드(100)는 차량의 냉각 시스템에 있어서 냉매가 순환하는 1차 루프와 냉각수가 순환하는 2차 루프가 교차하는 지점의 컴포넌트들을 한데 집약하기 위한 공간을 제공하는 것으로, 매니폴드(100)는 냉매와 냉각수 간 열교환을 필요로 하는 컴포넌트에게 냉매와 냉각수를 제공함과 동시에, 냉각수 내지 냉매를 보충 및 보관하는 reservoir의 기능을 수행하며, 매니폴드(100)의 냉매 채널(120)과 냉각수 저장부(110)는 각각 상기 1차 루프의 일부와 2차 루프의 일부에 해당할 수 있다.
냉각수 저장부(110)는 매니폴드의 내부가 전체적으로 중공되어 중공된 내부에 냉각수가 저장 및 유동될 수 있는 구조로 이루어질 수 있고, 냉매 채널(120)은 냉각수 저장부(110)를 둘러싸는 매니폴드(100)의 구조물의 내측에 유로가 형성되어 유로를 따라 냉매가 유동될 수 있는 구조로 이루어질 수 있다. 단, 이러한 냉각수 저장부(110)와 냉매 채널(120)의 구조는 일 예시로서 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 냉각수 저장부(110)는 매니폴드의 내부의 일부 영역에 홈 형태로 형성될 수 있고, 냉매 채널(120)은 튜브나 파이프 등과 같은 유로를 형성할 수 있는 별도의 구조물이 매니폴드의 외주면이나 내주면에 장착된 구조로 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 매니폴드(100)는 중력방향으로 길게 형성될 수 있으며, 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이 기다란 사각 기둥 형태를 가질 수 있다. 매니폴드의 높이 즉 중력방향으로의 길이는 매니폴드(100)에 장착되는 컴포넌트(200)들과의 관계를 고려하여 적절히 설계될 수 있으며, 특히 콘덴서와 칠러의 길이에 대응되도록 설계될 수 있다. 매니폴드(100)는 이러한 사각 기둥 형태의 구조물에 있어서 구조물의 내부 중앙이 전체적으로 중공되어 내부에 냉각수가 저장될 수 있고, 매니폴드(100)를 구성하는 구조물 자체의 내측에 냉매가 유동할 수 있는 냉매 채널이 형성될 수 있다. 본 발명은 매니폴드가 이와 같이 중력방향으로 길게 형성됨으로써 내부에 냉각수를 저장하는 것에 유리하며, 나아가 컴포넌트들이 더욱 집약적으로 장착될 수 있게 되어 엔진룸 내의 한정된 공간 내에서 통합 쿨링 모듈이 차지하는 공간을 크게 줄일 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 매니폴드(100)는 제1 매니폴드(100A), 제2 매니폴드(100B), 및 제3 매니폴드(100C)로 이루어질 수 있으며, 보다 구체적으로 매니폴드(100)는 제1, 제2, 제3 매니폴드(100A, 100B, 100C)가 서로 상하방향으로 적층 결합된 구조를 가질 수 있다. 그리고, 제1 매니폴드(100A)와 제2 매니폴드(100B) 사이에는 제1 매니폴드와 제2 매니폴드 사이를 기밀하기 위한 제1 가스켓(103-1)이 구비되고, 제2 매니폴드(100B)와 제3 매니폴드(100C) 사이에는 제2 매니폴드와 제3 매니폴드 사이를 기밀하기 위한 제2 가스켓(103-2)이 구비될 수 있으며, 이와 동시에 또는 별개로, Brazing, Structrual adhesive, Mechanical fixtation, Welding 등의 방식을 통해 제1, 제2, 제3 매니폴드(100A, 100B, 100C)가 서로 적층 결합될 수 있다. 한편, 제1, 제2, 제3 매니폴드(100A, 100B, 100C)는 제작 방식에 따라 Aluminum, Thermo-plastic, Stainless steel 등의 재질로 이루어질 수 있다.
제2 매니폴드(100B)는 내부가 중공되게 형성되고, 중공된 내부에는 냉각수 저장부(110)가 위치하게 되고, 제1 매니폴드(100A)와 제3 매니폴드(100C)는 각각 제2 매니폴드(100B)의 중공된 내부를 일측과 타측에서 덮어 폐쇄하는 구조로 이루어질 수 있다. 즉, 매니폴드(100)는 몸체에 해당하는 기다란 파이프 형태를 가지는 제2 매니폴드(100B)와, 이를 상부와 하부에서 각각 폐쇄하는 제1 매니폴드(100A)와 제3 매니폴드(100C)로 이루어진 3단 구조로 구성될 수 있으며, 이에 따라 제2 매니폴드(100B)의 중공된 내부에 냉각수를 저장할 수 있는 냉각수 저장부(110)가 마련될 수 있게 된다.
그리고, 제2 매니폴드(100B)를 구성하는 구조물, 즉 제2 매니폴드의 하우징 자체의 내측에는 냉각수 저장부(110)와 독립적으로 냉매가 유동 및 순환될 수 있는 냉매 채널(120)이 형성될 수 있다. 냉매 채널(120)은 매니폴드에 장착되는 컴포넌트들 중 1차 루프를 형성하는 컴포넌트들(예를 들어, 본 발명의 경우 콘덴서, 칠러, 팽창밸브, 및 PT 센서) 간 냉매를 유동시키도록 하우징의 내측이 라인을 따라 중공되어 형성될 수 있으며, 이에 따라 1차 루프를 형성하는 컴포넌트들이 유동적으로 연결될 수 있게 된다.
나아가, 매니폴드(100)의 공간 활용을 증대시키기 위해, 제2 매니폴드(100B) 뿐 아니라 제1 매니폴드(100A)와 제3 매니폴드(100C)에도 제2 매니폴드(100B)에 형성된 냉매 채널(120)과 연결되는 냉매 채널(120)이 더 형성될 수 있다. 즉, 제2 매니폴드(100B)의 하우징 내측에 매니폴드(100) 전체의 냉매 채널(120) 대부분이 형성되되, 이로부터 연장되어 제1 매니폴드(100A)의 하우징 내측과 제3 매니폴드(100C)의 하우징 내측에 냉매 채널(120)이 더 형성될 수 있으며, 이에 따라 제1 매니폴드(100A)와 제3 매니폴드(100B)에 컴포넌트(200)들을 추가적으로 장착할 수 있게 된다. 예를 들어, 도 1, 3에 도시된 바와 같이 제1 매니폴드(100A)에 냉매 채널의 적어도 일부가 형성됨으로써 제1 매니폴드에 해당 냉매 채널과 연통되는 PT 센서(PT Sensor)가 장착될 수 있고, 후술하는 바와 같이 해당 냉매 채널을 통해 매니폴드(100)의 냉매 채널(120)과 외부를 연통시킬 수 있는 연결 포트(129)가 마련될 수 있다.
또한, 제2 매니폴드(100B)에는 워터펌프(EWP)가 장착될 수 있는 장착구조(150)가 구비될 수 있다. 도 4를 참조하면, 장착구조(150)는 워터펌프 중 매니폴드와 결합되는 단부 측을 수용가능하도록 홈 형태로 형성될 수 있다. 워터펌프는 냉각수를 가압하기 때문에 높은 압력을 받게 되는데, 이와 같이 홈 형태의 장착구조가 구비됨으로써 워터펌프가 견고히 장착될 수 있게 되어 높은 압력을 버티는 것에 도움이 되며, 매니폴드와 워터펌프 간 기밀성이 강화되어 냉각수의 유출을 방지할 수 있다.
제1 매니폴드(100A)에는 제1 매니폴드(100A)를 관통하는 냉각수 유입구(111)가 형성될 수 있으며, 이를 통해 냉각수 저장부(110)로 냉각수를 유입하여 냉각수 저장부(110)에 냉각수를 보충할 수 있다. 또한, 냉각수 유입구(111)에는 냉각수 유입구(111)를 폐쇄하는 냉각수 유입구 마개(112)가 구비되어, 평상시에는 냉각수 저장부(110)를 폐쇄된 상태로 유지할 수 있다.
제3 매니폴드(100C)에는 받침다리(102)가 적어도 하나 이상 구비될 수 있다. 받침다리(102)는 일측이 제3 매니폴드(100C)와 결합되고 일측에서 타측으로 연장 형성된 구조로 이루어질 수 있다. 도시된 바와 같이 매니폴드(100)를 전체적으로 균형있게 지지하기 위해 받침다리(102)가 3개 구비될 수 있고, 받침다리(102)의 타측 단부에는 받침다리(102)와 매니폴드(100)가 안착되는 지지면과의 볼팅결합을 위한 체결공이 형성될 수 있으며, 받침다리(102)는 제3 매니폴드(100C)와 동시에 제작되어 제3 매니폴드와 일체로 이루어지거나, 또는 제3 매니폴드(100C)와 별도로 제작되어 제3 매니폴드에 결합된 구조로 이루어질 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명은 매니폴드(100)의 내부이자 냉각수 저장부(110)의 내부에 내부 열교환기(IHX)가 구비될 수 있다. 내부 열교환기(IHX)는 특히 도시된 바와 같이 플레이트 타입 내부 열교환기(P-IHX)일 수 있으며, 제3 매니폴드(100C)의 상부에 내부 열교환기(IHX)가 장착결합되어 내부 열교환기(IHX)와 매니폴드(100)가 일체로 이루어질 수 있다. 내부 열교환기(IHX)가 냉각수 저장부(110)의 내부에 구비됨에 따라 내부 열교환기(IHX)를 유동하는 냉매와 내부 열교환기(IHX) 주변의 냉각수 간 열교환이 일어날 수 있게 된다. 이와 같이 매니폴드 내부에 냉각수 저장부를 마련하고 냉각수 저장부 안에 내부 열교환기를 구비함으로써 공간 효율이 극대화될 수 있다.
이하에서는, 매니폴드(100)와 컴포넌트(200)들 간의 구체적인 결합관계에 대해 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.
상술한 바와 같이 각 컴포넌트(200)들은 매니폴드(100)의 내부에 형성된 냉각수 저장부(110)와 냉매 채널(120) 중 적어도 어느 하나와 연통되도록 장착될 수 있다. 이를 위해, 매니폴드(100)에는 냉각수 저장부(110)와 컴포넌트(200)를 연통시키는 제1 장착 포트(115)가 형성되고, 냉매 채널(120)과 컴포넌트(200)를 연통시키는 제2 장착 포트(125)가 형성될 수 있다. 도 3, 4를 다시 참조하면, 매니폴드(100)에는 다수의 제1 장착 포트(115)와 제2 장착 포트(125)가 형성되며, 이를 통해 각 컴포넌트(200)들이 냉각수 저장부(110) 내지 냉매 채널(120)과 유동적으로 연결될 수 있다.
여기서, 컴포넌트(200)들 중 하나는 제1 장착 포트(115) 및 제2 장착 포트(125)와 유동적으로 연결되어, 내부에 냉각수와 냉매가 각각 유동되도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 컴포넌트들 중 칠러(Chiller)는 제1 장착 포트(115) 및 제2 장착 포트(125)와 동시에 연결되어 내부에 냉매와 냉각수가 유동되며, 이를 통해 냉각수를 이용해 냉매를 냉각하거나 또는 반대로 냉매를 이용해 냉각수를 냉각하도록 구성될 수 있다.
또한, 워터펌프(EWP)는 제1 장착 포트(115)를 통해 냉각수 저장부(110)와 유동적으로 연결되고, 콘덴서(COND), PT 센서(PT Sensor), 및 팽창밸브(EXV)는 각각 제2 장착 포트(125)를 통해 냉매 채널(120)과 유동적으로 연결될 수 있다. 이를 위해 매니폴드(100) 상에 제1 장착 포트(115)와 제2 장착 포트(125)가 적절히 구비될 수 있다.
한편, 본 발명의 매니폴드(100)에는 칠러(Chiller)와 워터 펌프(EWP)가 각각 2개씩 장착될 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 통합 쿨링 모듈(10)은 칠러(Chiller)와 워터 펌프(EWP)가 각각 2개씩 구비된 열교환 모듈일 수 있다. 도 1, 2를 다시 참조하면, 본 발명의 통합 쿨링 모듈(10)은, 매니폴드의 일 측면에 제1 칠러(Chiller 1)가 장착되고, 그와 대향하는 타 측면에 제2 칠러(Chiller 2)가 장착되고, 제1 칠러(Chiller 1)와 제2 칠러(Chiller 2)의 사이에 위치하는 측면에 제1 워터펌프(EWP 1)와 제2 워터펌프(EWP 2)가 각각 장착된 구조로 이루어질 수 있으며, 이때 제1, 제2 칠러(Chiller 1, Chiller 2)가 제1, 제2 워터펌프(EWP 1, EWP 2)와 각각 대응되는 관계를 가질 수 있다. 예를 들어, 후술하는 바와 같이, 제1 칠러(Chiller 1)를 순환하여 열교환을 마친 냉각수는 제1 워터펌프(EWP 1)로 유입되어 외부로 배출될 수 있고, 제2 칠러(Chiller 2)를 순환하여 열교환을 마친 냉각수는 제2 워터펌프(EWP 2)로 유입되어 외부로 배출될 수 있으며, 이를 위해 냉각수 저장부(110)의 내부 공간은 분리벽 등을 통해 둘 이상의 서로 분리된 공간으로 이루어질 수 있다.
나아가, 본 발명의 매니폴드(100)에는 냉각수 저장부(110)와 외부를 연통시키는 제1 연결 포트(119)가 적어도 하나 이상 형성되고, 냉매 채널(120)과 외부를 연통시키는 제2 연결 포트(129)가 적어도 하나 이상 형성될 수 있다. 여기서 외부라 함은 차량 냉각 시스템의 전체 냉각 라인 중 다른 열교환 컴포넌트들, 예를 들어 본 발명의 통합 쿨링 모듈 이외에 또 다른 열교환 컴포넌트들에 해당하는 인사이드 콘덴서(Inside Condenser), 증발기(Evaporator), 외부 열교환기(OHX), 압축기(Compressure) 등이 이에 해당될 수 있으며, 밸브나 파이프 등을 통해 제1, 제2 연결 포트(119, 129)와 외부의 다른 열교환 컴포넌트들이 서로 유동적으로 연결될 수 있다.
예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 매니폴드(100)는, 매니폴드(100)의 상부에 제2 연결 포트(129)가 형성되어 외부의 압축기(COMP)와 서로 연결될 수 있고, 워터펌프(EWP)가 장착된 매니폴드(100)의 측면 주변에 제1 연결 포트(119)가 형성되어 외부의 2차 루프와 폐회로를 형성하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 연결 포트(129)는 2개가 구비되어 어느 하나는 외부로부터 냉매가 유입될 수 있는 냉매 유입구로 사용되고, 다른 하나는 외부로 냉매를 배출할 수 있는 냉매 배출구로 사용될 수 있으며, 제1 연결 포트(119)는 1개가 구비되어 외부로부터 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구로 사용될 수 있다. 그리고, 냉각수 저장부(110) 내의 냉각수는 워터펌프(EWP)를 경유하여 일측이 워터펌프(EWP)와 연결된 냉각수 배출 포트(118)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
한편, 도 6은 도 1을 다시 나타낸 것으로, 콘덴서(COND)와 칠러(Chiller)의 길이방향(L), 폭방향(W), 높이방향(H)을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 통합 쿨링 모듈에 있어서 콘덴서(COND)와 칠러(Chiller)는, 콘덴서(COND)와 칠러(Chiller)의 길이방향(L)이 중력방향과 나란하게 배치될 수 있다. 즉, 콘덴서(COND)와 칠러(Chiller)는 길이방향(L)이 바닥면과 수직을 이루어 길이방향(L)과 중력방향이 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.
이하에서는, 상술한 통합 쿨링 모듈에 있어서, 냉매 순환 경로와 냉각수 순환 경로에 대해 살펴보도록 한다. 도 7은 냉각 시스템에 있어서 냉매 순환 경로와 냉각수 순환 경로의 일 예를 나타낸 것이고, 도 8은 본 발명의 일 예에 따른 냉매 순환 경로를 개략적으로 나타낸 것이며, 도 9는 본 발명의 일 예에 따른 냉각수 순환 경로를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 8을 참조하면, 도시된 바와 같이 외부의 컴프레셔(COMP)로부터 냉매가 상술한 제2 연결 포트(129)를 통해 냉매 채널(120)로 유입되어 콘덴서(COND)로 유입된다(A1). 이후 냉매는 콘덴서(COND)를 지나 매니폴드 내부의 내부 열교환기(IHX)로 유입되고(A2), 내부 열교환기(IHX)를 지나 냉매가 각각 제1, 제2 팽창밸브(EXV 1, EXV 2)로 나누어 이동된다(A3). 이후 냉매는 제1, 제2 팽창밸브(EXV 1, EXV E2)를 지나 각각 제1, 제2 칠러(Chiller 1, Chiller 2)로 유입되고 열교환이 이루어진 다음(A4), 냉매 채널을 따라 상술한 제2 연결 포트(129)로 이동하여 제2 연결 포트(129)를 통해 다시 콘덴서(COND)로 배출될 수 있다(A5). 이때, 제1, 제2 칠러(Chiller 1, 2)를 통과한 냉매는 중간에 어큐뮬레이터(ACCU)를 더 경유할 수 있다.
도 9를 참조하면, 도시된 바와 같이 냉각수는 상술한 냉각수 유입구인 제1 연결 포트(119, Coolant INLET)를 통해 냉각수 저장부(110)로 유입되어 각각 제1, 제2 칠러(Chiller 1, Chiller 2)로 유입된다(B1). 제1 칠러(Chiller 1)로 유입되어 열교환이 이루어진 냉각수는 제1 워터펌프(EWP 1)로 유입된 이후 상술한 냉각수 배출 포트(118, Coolant OUTLET 1)를 통해 외부로 배출되고(B2-1), 이후 배터리팩, PE 모듈, 캐빈 쿨러 등을 경유하며 열교환이 이루어지며(B3), 이후 펌프 등으로 유입되어 다시 본 발명의 통합 쿨링 모듈로 재유입될 수 있다. 제2 칠러(Chiller 2)로 유입되어 열교환이 이루어진 냉각수는 제2 워터펌프(EWP 2)로 유입된 이후 상술한 냉각수 배출 포트(118, Coolant OUTLET 2)를 통해 외부로 배출되고(B2-2), 이후 배터리팩, PE 모듈, 캐빈 쿨러 등을 경유하며 열교환이 이루어지며(B3), 이후 펌프 등으로 유입되어 다시 본 발명의 쿨링 모듈로 재유입될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 통합 쿨링 모듈은, 냉각 시스템을 구성하는 각 구성요소들을 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 매니폴드를 중력방향으로 길게 구성하여 내부에 냉각수를 저장하는 것에 유리하고, 컴포넌트들이 더욱 집약적으로 장착될 수 있게 되어 통합 쿨링 모듈이 차지하는 공간을 감소시킬 수 있으며, 매니폴드 내부에 내부 열교환기를 구비함으로써 공간 효율이 극대화될 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: 매니폴드
110: 냉각수 저장부
111: 냉각수 유입구
112: 냉각수 유입구 마개
115: 제1 장착 포트
118: 냉각수 배출 포트
119: 제1 연결 포트
120: 냉매 채널
125: 제2 장착 포트
129: 제2 연결 포트
150: 워터펌프 장착구조
102: 받침다리
103-1: 제1 가스켓
103-2: 제2 가스켓
200: 컴포넌트
COND: 콘덴서
Chiller: 칠러
EXV: 팽창밸브
PT Sensor: PT 센서
EWP: 워터펌프
IHX: 내부 열교환기

Claims (17)

  1. 매니폴드; 및
    상기 매니폴드에 장착되는 컴포넌트들;을 포함하고,
    상기 매니폴드는 내부에 냉각수가 저장 및 유동될 수 있는 냉각수 저장부를 포함하고, 상기 냉각수 저장부 주위에는 냉매가 유동할 수 있는 냉매 채널이 형성된 것을 특징으로 하는, 통합 쿨링 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 매니폴드는 제1 매니폴드와, 제2 매니폴드와, 제3 매니폴드가 서로 적층 결합된 구조를 가지며,
    상기 제2 매니폴드는 내부가 중공되게 형성되고, 중공된 내부에는 상기 냉각수 저장부가 위치하고,
    상기 제1 매니폴드와 상기 제3 매니폴드는, 상기 제2 매니폴드의 중공된 내부를 덮어 폐쇄하는 것을 특징으로 하는, 통합 쿨링 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 매니폴드와 제2 매니폴드 사이에는 상기 제1 매니폴드와 제2 매니폴드 사이를 기밀하기 위한 제1 가스켓이 구비되고,
    상기 제2 매니폴드와 제3 매니폴드 사이에는 상기 제2 매니폴드와 상기 제3 매니폴드 사이를 기밀하기 위한 제2 가스켓이 구비되는 것을 특징으로 하는, 통합 쿨링 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2 매니폴드를 구성하는 하우징의 내측에 상기 냉매 채널이 형성되는 것을 특징으로 하는, 통합 쿨링 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 매니폴드를 구성하는 하우징의 내측과, 상기 제2 매니폴드를 구성하는 하우징의 내측 중 적어도 하나에, 상기 냉매 채널이 더 형성되는 것을 특징으로 하는, 통합 쿨링 모듈.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 매니폴드에는 상기 냉각수 저장부로 상기 냉각수를 유입할 수 있도록 상기 제1 매니폴드를 관통하는 냉각수 유입구가 형성되고,
    상기 냉각수 유입구에는 상기 냉각수 유입구를 폐쇄하는 냉각수 유입구 마개가 구비되는 것을 특징으로 하는, 통합 쿨링 모듈.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제3 매니폴드에는
    일측이 상기 제3 매니폴드와 결합되고 일측에서 타측으로 연장 형성되는 받침다리가 하나 이상 구비되는 것을 특징으로 하는, 통합 쿨링 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 매니폴드의 내부이자 상기 냉각수 저장부의 내부에 내부 열교환기(IHX)가 구비되는 것을 특징으로 하는, 통합 쿨링 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 매니폴드에는
    상기 냉각수 저장부와 컴포넌트를 연통시키는 제1 장착 포트가 형성되고,
    상기 냉매 채널과 컴포넌트를 연통시키는 제2 장착 포트가 형성되는 것을 특징으로 하는, 통합 쿨링 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 컴포넌트들 중 적어도 하나는
    상기 제1 장착 포트 및 상기 제2 장착 포트와 유동적으로 연결되어, 내부에 상기 냉각수와 상기 냉매가 각각 유동되도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 통합 쿨링 모듈.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 컴포넌트들은 콘덴서, 칠러, PT 센서, 팽창밸브, 및 워터펌프를 포함하는, 통합 쿨링 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 워터펌프는 상기 제1 장착 포트를 통해 상기 냉각수 저장부와 유동적으로 연결되고,
    상기 콘덴서, PT 센서, 및 팽창밸브는 각각 상기 제2 장착 포트를 통해 상기 냉매 채널과 유동적으로 연결되며,
    상기 칠러는 상기 제1 장착 포트 및 상기 제2 장착 포트를 통해 상기 냉각수 저장부 및 상기 냉매 채널과 유동적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 통합 쿨링 모듈.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 매니폴드에는
    상기 칠러와 상기 워터 펌프가 각각 2개씩 장착되는 것을 특징으로 하는, 통합 쿨링 모듈.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 컴포넌트들은 워터펌프를 포함하고,
    상기 매니폴드에는 상기 워터펌프 중 상기 매니폴드와 결합되는 단부 측이 수용되는 홈 형태의 워터펌프 장착구조가 구비되는 것을 특징으로 하는, 통합 쿨링 모듈.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 매니폴드에는
    상기 냉각수 저장부와 외부를 연통시키는 제1 연결 포트가 적어도 하나 이상 형성되고,
    상기 냉매 채널과 외부를 연통시키는 제2 연결 포트가 적어도 하나 이상 형성되는 것을 특징으로 하는, 통합 쿨링 모듈.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 매니폴드는 중력방향으로 길게 형성되는 것을 특징으로 하는, 통합 쿨링 모듈.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 컴포넌트들은 콘덴서와 칠러를 포함하고,
    상기 콘덴서와 칠러는 상기 콘덴서와 칠러의 길이방향이 중력방향과 나란하게 배치되는 것을 특징으로 하는, 통합 쿨링 모듈.
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