KR20230148639A - 매니폴드 유체 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 매니폴드 유체 모듈에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 매니폴드 유체 모듈은 내부에 유체 유로가 형성되는 매니폴드 플레이트; 및 상기 매니폴드 플레이트에 결합되고, 제1 유체와 제2 유체를 열교환시키되 제1 유체가 유입되는 제1 유입단, 제1 유체가 배출되는 제1 배출단, 제2 유체가 유입되는 제2 유입단, 제2 유체가 배출되는 제2 배출단이 구비되는 열교환기를 포함하고, 상기 열교환기의 제1 유입단 및 제1 배출단은 상기 유체 유로와 연통되도록 연결되는데, 상기 제1 유입단 또는 제1 배출단 중 어느 하나는 상기 매니폴드 플레이트에 직접 연결되고 다른 하나는 유체 배관에 연결될 수 있다.

Description

매니폴드 유체 모듈{MANIFOLD FLUID MODULE}

본 발명은 매니폴드 유체 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열교환기 및 밸브류의 부품들을 하나로 모듈화한 매니폴드 유체 모듈에 관한 것이다.

환경 친화적인 산업 환경 친화적인 산업 발전 및 화석원료를 대체하는 에너지원의 개발 기조 아래, 근래 자동차 산업에서 가장 주목받는 분야는 전기자동차와 하이브리드 자동차가 있다. 전기자동차와 하이브리드 자동차에는 배터리가 장착되어 구동력을 제공하는데, 주행 운전뿐만 아니라 냉난방 시에도 배터리를 이용한다.

배터리를 이용하여 구동력을 제공하는 차량에서, 냉난방 시 배터리가 열원으로 사용된다는 것은 그만큼 주행거리가 감소된다는 것을 의미하는데, 위 문제를 극복하기 위하여 종래부터 가정용 냉난방장치로 널리 활용된 히트펌프 시스템을 자동차에 적용하는 방법이 제안되었다.

참고로, 히트펌프란 저온의 열을 흡수하여 흡수된 열을 고온으로 이동시키는 것을 말한다. 일 예로서의 히트펌프는 액체 유체가 증발기 내에서 증발하고 주위에서 열을 빼앗아 기체가 되며, 다시 응축기에 의해 주위에 열을 방출하면서 액화되는 사이클을 가진다. 이를 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에 적용하면, 종래 일반적인 공조장치에 부족한 열원을 확보할 수 있는 장점이 있다.

현재 전기 자동차용 히트펌프 시스템의 모듈화 구성은 부분 모듈화 방식으로 중요부품(밸브, 어큐뮬레이터, 칠러, 응축기, 내부 열교환기 및 센서 등)이 배관에 의해 연결되며, 이러한 배관의 연결을 위해 피팅 및 커넥터들이 별도로 구성되어야 하며, 부품간의 연결을 위해 적정 간격이 발생하게 된다. 이로 인해 패키징, 원가 및 작업성에서 불리한 점이 존재한다.

이를 해결하기 위해 매니폴드를 모듈화하는 기술이 개발되고 있는데, 모듈화 과정에서 고온의 유체와 저온의 유체 간에 열간섭으로 인하여 성능이 저하되는 문제가 있었다.

본 발명은 고온의 유체와 저온의 유체 간의 열간섭을 최소화할 수 있는 구조를 가진 매니폴드 유체 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 매니폴드 유체 모듈은 내부에 유체 유로가 형성되는 매니폴드 플레이트; 및 상기 매니폴드 플레이트에 결합되고, 제1 유체와 제2 유체를 열교환시키되 제1 유체가 유입되는 제1 유입단, 제1 유체가 배출되는 제1 배출단, 제2 유체가 유입되는 제2 유입단, 제2 유체가 배출되는 제2 배출단이 구비되는 열교환기를 포함하고, 상기 열교환기의 제1 유입단 및 제1 배출단은 상기 유체 유로와 연통되도록 연결되는데, 상기 제1 유입단 또는 제1 배출단 중 어느 하나는 상기 매니폴드 플레이트에 직접 연결되고 다른 하나는 유체 배관에 연결될 수 있다.

상기 유체 배관은 상기 제1 유입단 또는 제1 배출단에 일단이 연결되고, 타단은 상기 매니폴드 플레이트와 연결되어 상기 유체 유로와 연통될 수 있다.

상기 유체 배관을 흐르는 제1 유체와 상기 유체 유로를 흐르는 제1 유체의 온도는 상이할 수 있다.

상기 유체 유로는 상기 매니폴드 플레이트에 복수개가 형성되고, 각각의 상기 유체 유로의 온도는 상이할 수 있다.

복수개의 상기 유체 유로 중 상기 유체 배관과 인접한 유체 유로의 온도가 가장 낮을 수 있다.

복수개의 상기 유체 유로 중 상기 유체 배관과 인접한 유체 유로의 온도가 가장 높을 수 있다.

상기 열교환기는 수냉식 응축기 또는 칠러일 수 있다.

상기 열교환기는 복수개로 구성되되, 수냉식 응축기 및 칠러를 포함할 수 있다.

상기 수냉식 응축기는 상기 매니폴드 플레이트에 수직 방향으로 배치되고, 상기 칠러는 상기 매니폴드 플레이트에 수평 방향으로 배치될 수 있다.

상기 수냉식 응축기는 상기 매니폴드 플레이트의 일측에 배치되고, 상기 칠러는 상기 수냉식 응축기의 측면 방향에 배치될 수 있다.

상기 수냉식 응축기로 유입되는 제1 유체를 팽창시키는 제1 팽창밸브; 및 상기 칠러로 유입되는 제1 유체를 팽창시키는 제2 팽창밸브를 더 포함하되, 상기 제1 팽창밸브는 상기 수냉식 응축기의 상방에 배치되고 상기 제2 팽창밸브는 상기 칠러의 상방에 배치됨으로써, 상기 수냉식 응축기 및 칠러로 유입된 제1 유체는 상부에서 하부로 이동될 수 있다.

상기 수냉식 응축기에서 배출되는 제1 유체의 방향을 제어하는 제1 방향전환밸브 및 제2 방향전환밸브를 더 포함하되, 상기 제1 방향전환밸브 및 제2 방향전환밸브는 상기 수냉식 응축기의 상방에 배치될 수 있다.

상기 제1 팽창밸브, 제1 방향전환밸브 및 제2 방향전환밸브는 상기 매니폴드 플레이트의 상부에 배치되고, 상기 수냉식 응축기는 상기 매니폴드 플레이트의 하부 일측에 배치되며, 상기 칠러 및 제2 팽창밸브는 상기 매니폴드 플레이트의 하부 타측에 배치될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 매니폴드 유체 모듈은 내부에 유체 유로가 형성되는 매니폴드 플레이트; 상기 매니폴드 플레이트에 결합되고, 제1 유체와 제2 유체를 열교환시키되 제1 유체가 유입되는 제1 유입단, 제1 유체가 배출되는 제1 배출단, 제2 유체가 유입되는 제2 유입단, 제2 유체가 배출되는 제2 배출단이 구비되는 열교환기; 및 상기 열교환기의 제1 유입단 또는 제1 배출단을 통해 유입 또는 배출되는 제1 유체가 상기 유체 유로와 열간섭되는 것을 방지하기 위한 열간섭 방지부를 포함할 수 있다.

상기 열간섭 방지부는 상기 유체 유로와 일정한 간격으로 이격되는 공기 절연층을 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 매니폴드 유체 모듈은 고온의 유체가 별도의 배관과 같은 열간섭 방지부를 통해 유로를 형성하도록 하여 저온의 유체와의 열간섭을 최소화함으로써, 히트펌프 성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 매니폴드 유체 모듈의 전면을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 매니폴드 유체 모듈의 후면을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 에어컨 모드에서 유체의 흐름을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 히트펌프 모드에서 유체의 흐름을 도시한 도면이다.
도 5는 유체 배관을 적용하지 않은 매니폴드 유체 모듈의 온도 분포를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 유체 배관을 적용한 매니폴더 유체 모듈의 온도 분포를 도시한 도면이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 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 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 명세서 전체에서, "연결된다"라고 할 때, 이는 둘 이상의 구성요소가 직접적으로 연결되는 것만을 의미하는 것이 아니고, 둘 이상의 구성요소가 다른 구성요소를 통하여 간접적으로 연결되는 것, 물리적으로 연결되는 것뿐만 아니라 전기적으로 연결되는 것, 또는 위치나 기능에 따라 상이한 명칭들로 지칭되었으나 일체인 것을 의미할 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 매니폴드 유체 모듈의 일 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 매니폴드 유체 모듈의 전면을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 매니폴드 유체 모듈의 후면을 도시한 사시도이다.

이에 도시된 바에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 매니폴드 유체 모듈은 내부에 유체 유로(14,16,18)가 형성되는 매니폴드 플레이트(10), 및 제1 유체와 제2 유체를 열교환시키되 제1 유체가 유입되는 제1 유입단(21), 제1 유체가 배출되는 제1 배출단(22), 제2 유체가 유입되는 제2 유입단(23), 제2 유체가 배출되는 제2 배출단(24)이 구비되는 열교환기)를 포함할 수 있다. 그리고, 열교환기의 제1 유입단(21) 및 제1 배출단(22)은 유체 유로(14,16,18)와 연통되도록 연결되는데, 제1 유입단(21) 또는 제1 배출단(22) 중 어느 하나는 매니폴드 플레이트(10)에 직접 연결되고 다른 하나는 유체 배관(26)에 연결될 수 있다.

위에서 언급한 열교환기는 제1 유체인 냉매와, 제2 유체인 냉각수 간의 열교환이 이루어지는 장치라면 어떠한 것이라도 채용될 수 있는데, 이하에서는 편의상 수냉식 응축기(20) 및 칠러(60)를 일 예로 들어 설명하기로 한다. 매니폴드 플레이트(10)는 내부에 복수개의 유체 유로(14,16,18)가 형성되는데, 유체 유로를 따라 흐르는 유체의 열교환에 따라 고온부터 저온까지 다양한 분포로 형성될 수 있다. 매니폴드 플레이트(10)에는 복수개의 히트펌프 시스템을 구성하는 부품들이 결합될 수 있다. 본 실시예에서 매니폴드 플레이트(10)에는 열교환을 위한 수냉식 응축기(20), 제1 팽창밸브(30), 제1 방향전환밸브(40), 제2 방향전환밸브(50), 칠러(60), 제2 팽창밸브(70)가 결합되어 배치될 수 있다.

매니폴드 플레이트(10)는 대략 내부에 유체 유로가 요입되게 형성되며 소정의 두께를 가진 플레이트 형상을 가진다. 이와 같이 매니폴드 플레이트(10)에는 히트펌프 시스템의 열교환 장치인 수냉식 응축기(20), 칠러(60)와, 팽창밸브(30, 60), 방향전환밸브(40,50)가 결합되어 모듈화됨으로써 제품 제작 공수가 절감되고 차량 조립라인의 공수도 절감될 수 있다. 또한, 매니폴드 플레이트(10)는 배관, 피팅 및 하우징의 기능을 동시에 수행하므로 원가절감 및 작업성을 향상시킬 수 있다.

도 2를 참조하면, 매니폴드 플레이트(10)의 후면에는 압축기 또는 내부 응축기에서 토출된 고온 고압의 기상 유체가 유입되는 유체 유입구(12)가 구비된다. 그리고, 매니폴드 플레이트(10)의 후면에는 유체의 이동을 가이드하는 복수개의 유체 유로(14,16,18)가 형성된다. 상기 유체 유로(14,16,18)는 유체의 열교환, 팽창, 유입 및 배출 등을 원활하게 하기 위해 매니폴드 플레이트(10)의 후면을 요입되게 형성한 것이다.

본 실시예에서 유체 유로(14,16,18)는 유체의 온도 분포에 따라 크게 3개의 유체 유로를 형성한다. 먼저, 제1 유체 유로(14)는 고온의 유체가 흐르는 부분으로서, 매니폴드 플레이트(10)로 최초에 유입된 고온 고압의 제1 유체가 수냉식 응축기(20)에서 배출되는 경로까지 포함할 수 있다. 제2 유체 유로(16)는 저온 저압의 제1 유체가 흐르는 부분으로서, 제1 유체가 증발기(미도시)로 배출되는 경로까지 포함할 수 있다. 제3 유체 유로(18)는 저온 저압의 제1 유체가 흐르는 부분으로서, 증발기로부터 유입된 제1 유체가 칠러(60)에서 냉각수와 열교환 후 배출되는 경로까지 포함할 수 있다.

이상에서 살펴본 제1 내지 제3 유체 유로(14,16,18)는 유체의 온도 분포에 따라 구분이 되는데, 대략 제1 유체 유로(14)는 65℃, 제2 유체 유로(16)는 5℃, 제3 유체 유로(18)는 20℃ 의 분포를 가질 수 있다.

수냉식 응축기(20)는 압축기 또는 내부 응축기에서 토출된 고온 고압의 기상 유체를 외부 열원과 열교환시켜 고압의 액체로 응축하는 역할을 한다. 고온 고압의 기상 유체는 상기 유체 유입구(12)를 통해 수냉식 응축기(20)로 유입된다. 이와 같이 수냉식 응축기(20)는 유체 모듈에서 열교환을 수행하는 제1 열교환기로 볼 수 있다.

수냉식 응축기(20)의 후면 상단 및 하단에는 각각 제1 유입단(21) 및 제1 배출단(22)이 구비된다. 제1 유입단(21)은 제1 유체 유로(14)로 유입된 제1 유체가 유입되는 부분이고, 제1 배출단(22)은 수냉식 응축기(20)에서 열교환한 제1 유체가 배출되는 부분이다. 제1 유입단(21) 및 제1 배출단(22)은 수냉식 응축기(20)의 상단 및 하단에 각각 홀 형태로 형성될 수 있다.

그리고, 수냉식 응축기(20)의 후면 하단 및 상단에는 각각 제2 유입단(23) 및 제2 배출단(24)이 구비된다. 제2 유입단(23)은 제2 유체가 유입되는 부분이고, 제2 배출단(24)은 제1 유체와 열교환한 제2 유체가 배출되는 부분이다. 제2 유체는 제1 유체와 반대방향(하부->상부)으로 흐르면서 제1 유체와 열교환된다.

한편, 상술한 바와 같이 제1 유체 유로(14)는 제2 및 제3 유체 유로(16,18)에 비하여 상대적으로 고온이기 때문에 유체가 흐르는 과정에서 유체 유로 간에 열간섭이 발생하게 된다. 이때 가장 효과적인 것은 제1 유체 유로(14)와, 제2 및 제3 유체 유로(16,18)의 간극을 확보하도록 설계하는 것이나, 모듈화 제품의 특성상 공간확보에 한계가 있다.

따라서, 본 실시예에서는 도 2에 도시된 바와 같이 수냉식 응축기(20)의 제1 배출단(22)에 별도의 유체 배관(26)을 연결할 수 있다. 유체 배관(26)의 일단은 제1 배출단(22)에 연결되고 타단은 매니폴드 플레이트(10)에 직접 연결됨으로써, 제1 유체 유로(14)와 실질적으로 연통될 수 있다.

위와 같이 유체 배관(26)을 통해 매니폴드 플레이트(10)에 연결하게 되면, 고온의 제1 유체가 통과하는 유로를 매니폴드 플레이트(10)와 최대한 이격할 수 있기 때문에 고온의 제1 유체에 의해 저온의 제1 유체가 이동하는 구간인 제2 및 제3 유체 유로(16,18)와의 열간섭을 최소화할 수 있다.

예를 들어, 고온의 제1 유체가 별도의 유체 배관(26)을 거치지 않고 매니폴드 플레이트(10)의 제2 유체 유로(16)로 유입되면 매니폴드 플레이트(10) 내에서 이동되는 저온의 제1 유체와 열간섭이 직접적으로 발생(매니폴드 플레이트(10) 자체의 열전도에 의해 발생)하게 되나, 유체 배관(26)을 통해 이격하게 되면 열간섭이 간접적으로 발생하게 되므로 고온 유체의 영향을 최소화할 수 있는 것이다. 이와 같이 유체 배관(26)을 통해 제1 유체를 별도의 라인으로 흐르게 함으로써 유체 배관(26)을 흐르는 제1 유체와 유체 유로(14,16,18)를 흐르는 제1 유체의 온도는 상이할 수 있다. 특히, 복수개의 유체 유로(14,16,18) 중 유체 배관(26)과 인접한 유체 유로(14,16,18)의 온도가 가장 낮을 수도 있고 가장 높을 수도 있다.

또한, 도 2에서는 유체 배관(26)이 제1 배출단(22)에만 연결되는 것으로 하였으나, 제1 유입단(21)에 연결되도록 구성할 수도 있다. 이는 수냉식 응축기(20)의 배치상 제1 유체가 배출되어 매니폴드 플레이트(10)와 연결되는 구간이 제1 유체가 유입되는 구간보다 길기 때문에 설계한 것이며, 제1 유체가 유입되는 구간이 배출되는 구간보다 길다면 제1 유입단(21)에 유체 배관(26)을 연결하는 구성도 가능할 것이다.

중요한 것은 제1 유입단(21) 또는 제1 배출단(22)에 유체 배관(26)을 연결하여 고온의 제1 유체가 이동하는 구간을 매니폴드 플레이트(10)와 이격시킴으로써, 고온 및 저온의 유체 간의 열간섭을 최소화시키는 것이다. 이와 같은 구조를 통하여 히트펌프 시스템에서 열교환 성능을 향상시킬 수 있다.

상술한 바와 같이 본 실시예에서는 수냉식 응축기(20)의 제1 유입단(21) 또는 제1 배출단(22)을 통해 유입 또는 배출되는 제1 유체가 유체 유로(14,16,18)와 열간섭되는 것을 방지하기 위한 열간섭 방지부의 일 예로서 유체 배관(26)을 예로 들어 설명하였다. 다만, 열간섭 방지부는 상술한 유체 배관(26) 외에 제1 유체의 유로를 이격시킬 수 있는 것이라면 어떠한 구성이라도 채용될 수 있다.

또한, 열간섭 방지부는 유체 유로(14,16,18)와 일정한 간격으로 이격되는 공기 절연층(28)을 가질 수 있다. 매니폴드 플레이트(10)와 유체 배관(26) 사이에는 공기가 유동하는 공간이 있으므로 공기에 의해 제1 유체의 열간섭이 방지될 수 있다.

한편, 유체 배관(26)은 수냉식 응축기(20)의 하단에 위치한 응축기 배출단(24)에 일단이 연결되고 타단은 상방으로 길게 연장되어 매니폴드 플레이트(10)에 연결될 수 있다. 유체 배관(26)의 타단은 대략 수냉식 응축기(20)의 상단까지 연장될 수 있는데, 이와 같이 유체 모듈에서 긴 구간을 별도의 부재인 유체 배관(26)으로 가이드하기 때문에 보다 효과적으로 열간섭을 최소화할 수 있다.

제1 팽창밸브(30)는 수냉식 응축기(20)의 상방에 배치될 수 있으며, 유체 유입구(12)를 통해 유입되는 제1 유체를 팽창 또는 통과시킬 수 있다. 제1 팽창밸브(30)를 통해 유입되는 유체는 수냉식 응축기(20)를 통과하면서 열교환이 진행되거나 이동하여 외부 열교환기로 이동할 수 있다.

수냉식 응축기(20)를 통과하여 유체 배관(26)로 유입된 제1 유체는 제1 방향전환밸브(40)로 유입된다. 제1 방향전환밸브(40)로 유입된 제1 유체는 증발기나 외부 열교환기로 이동할 수 있다. 또한, 제1 팽창밸브(30)로 유입된 제1 유체는 제습 모드에서 제2 방향전환밸브(50)로 이동된 후 증발기로 이동하거나 제1 방향전환밸브(40)로 이동할 수 있다.

칠러(60)는 저온 저압의 유체가 공급되어 냉각수 순환라인(미도시)에서 이동하는 냉각수와 열교환된다. 칠러(60)에서 열교환된 차가운 냉각수는 냉각수 순환라인을 순환하여 배터리와 열교환될 수 있다. 제2 팽창밸브(70)에는 외부 열교환기와 열교환된 제1 유체가 유입되고 제2 팽창밸브(70)에서 팽창된 제1 유체는 칠러(60)로 유입된다. 칠러(60)에서 열교환된 제1 유체는 하단을 통해 배출되어 어큐뮬레이터(미도시)로 유입된다. 칠러(60)는 유체 모듈에서 열교환을 수행하는 제2 열교환기로 볼 수 있다.

이를 위해 칠러(60)의 후면 상단 및 하단에는 각각 제1 유입단(61) 및 제1 배출단(62)이 구비된다. 제1 유입단(61)은 제1 유체가 유입되는 부분이고, 제1 배출단(62)은 칠러(60)에서 열교환한 제1 유체가 배출되는 부분이다. 제1 유입단(61) 및 제1 배출단(62)은 칠러(60)의 상단 및 하단에 각각 홀 형태로 형성될 수 있다.

또한, 칠러(60)의 후면 하단 및 상단에는 각각 제2 유입단(63) 및 제2 배출단(64)이 구비된다. 제2 유입단(63)은 제2 유체가 유입되는 부분이고, 제2 배출단(64)은 제1 유체와 열교환한 제2 유체가 배출되는 부분이다. 제2 유체는 제1 유체와 반대방향(하부->상부)으로 흐르면서 제1 유체와 열교환된다.

다시 도 1을 참조하면, 본 실시예에서 제1 팽창밸브(30), 제1 방향전환밸브(40) 및 제2 방향전환밸브(50)는 매니폴드 플레이트(10)의 상부에 배치되고, 수냉식 응축기(20)는 매니폴드 플레이트(10)의 하부 일측에 배치되며, 칠러(60) 및 제2 팽창밸브(70)는 매니폴드 플레이트(10)의 하부 타측에 배치될 수 있다.

매니폴드 플레이트(10)에 위 부품들을 배치하게 되면, 최소의 공간에 부품들을 최적으로 배치할 수 있게 되어 공간 효율성을 극대화할 수 있으며, 유체의 흐름이 전체적으로 상부에서 하부로 형성되기 때문에 유체의 흐름도 최적화할 수 있다.

특히, 수냉식 응축기(20)는 매니폴드 플레이트(10)의 하부 일측에 수직 방향으로 배치되고 칠러(60)는 매니폴드 플레이트(10)의 하부 타측에 수평 방향으로 배치됨으로써 유체 모듈 패키지를 최적화할 수 있다. 즉, 칠러(60)는 수냉식 응축기(20)의 측면 방향에 배치됨으로써 공간 효율성을 높일 수 있다.

제1 팽창밸브(30)는 수냉식 응축기(20)의 상방에 배치되고, 제2 팽창밸브(40)는 칠러(60)의 상방에 배치됨으로써 수냉식 응축기(20) 및 칠러(60)로 유입된 제1 유체는 상부에서 하부로 이동될 수 있다.

이와 같이 매니폴드 플레이트(10)에서 밸브가 배치되는 부분은 밸브 자체의 두께가 있기 때문에 매니폴드 플레이트(10)의 상부와 중앙 부분에 집적하여 배치함으로써, 단조 등의 제조 공법에 있어서 제조 용이성을 확보할 수 있다.

한편, 이상에서는 주로 제1 열교환기인 수냉식 응축기(20)를 예로 들어 설명하였으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니고 제2 열교환기인 칠러(60)의 제1 유입단(61) 또는 제1 배출단(62)에 유체 배관(26)이 연결되는 구성도 가능할 것이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 에어컨 모드에서 유체의 흐름을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 히트펌프 모드에서 유체의 흐름을 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 에어컨 모드의 경우, 유체 유입구(12)를 통해 압축기 또는 내부 응축기로부터 유입되는 제1 유체는 열림 상태의 제1 팽창밸브(30)를 통과하여 수냉식 응축기(20)의 상부로 유입된 후 하부로 이동하게 된다. 그리고, 수냉식 응축기(20)의 제1 배출단(22)으로 배출된 제1 유체는 유체 배관(26)을 거쳐 제1 방향전환밸브(40)로 유입된다.

제1 방향전환밸브(40)로 유입된 제1 유체는 외부 열교환기로 이동하게 되고, 이때 제2 방향전환밸브(50)는 폐쇄되어 제1 유체가 유입되지 않는다.

한편, 제2 팽창밸브(70)로 유입되는 제1 유체는 칠러(60)로 유입되고 냉각수 순환라인을 순환하는 냉각수와 열교환된다. 칠러(60)에서 열교환된 차가운 냉각수는 냉각수 순환라인을 순환하여 배터리와 열교환될 수 있다. 칠러(60)의 하단으로 배출되는 제1 유체는 어큐뮬레이터(미도시)로 유입되며, 어큐뮬레이터로 유입되는 제1 유체는 기액분리되어 기상의 유체가 압축기로 유입된 후 제1 유체가 히트펌프 시스템을 순환하게 된다.

제습 모드의 경우, 제1 팽창밸브(30)에서 제2 방향전환밸브(50)로 제1 유체가 유입되며 제1 유체는 증발기로 배출될 수 있다.

도 4를 참조하면, 히트펌프 모드의 경우, 유체 유입구(12)를 통해 유입되는 제1 유체는 제1 팽창밸브(30)를 지나면 팽창되어 수냉식 응축기(20) 및 제2 방향전환밸브(50)로 유입될 수 있다.

제2 방향전환밸브(50)로 유입되는 제1 유체는 외부 열교환기로 유입될 수 있으며 수냉식 응축기(20)를 통과한 제1 유체는 제1 방향전환밸브(40)로 유입될 수 있다. 또한, 외부 열교환기로부터 제2 팽창밸브(70)로 유입되는 제1 유체는 칠러(60)로 유입되고, 칠러(60)를 통과한 제1 유체는 어큐뮬레이터로 이동된다.

도 5는 유체 배관을 적용하지 않은 매니폴드 유체 모듈의 온도 분포를 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 유체 배관을 적용한 매니폴더 유체 모듈의 온도 분포를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 유체 배관(26)이 적용되지 않은 경우에는 제2 및 제3 유체 유로(16,18)가 배치되는 영역에서 파란색 영역보다는 상대적으로 온도가 높은 하늘색 구간이 많이 분포되는 것을 알 수 있다. 이는 저온 유체가 흐르는 구간인 제2 및 제3 유체 유로(16,18)가 고온 유체가 흐르는 구간인 제1 유체 유로(14)에 의해 직접적으로 영향을 받는다는 것을 의미한다.

도 6을 참조하면, 유체 배관(26)이 적용되는 경우에는 제2 및 제3 유체 유로(16,18)가 배치되는 영역에서 파란색 영역이 상대적으로 넓게 분포되는 것을 알 수 있다. 이는 저온 유체가 흐르는 구간인 제2 및 제3 유체 유로(16,18)가 고온 유체가 흐르는 구간인 제1 유체 유로(14)에 의해 간접적으로 영향을 받아 온도 변화가 감소한다는 것을 의미한다. 실제로 온도 시뮬레이션 결과 제1 내지 제3 유체 유로(14,16,18)의 입출구 온도차는 0.5 내지 4℃ 로 감소하는 것을 확인하였다.

상기에서는 본 발명의 특정의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10: 매니폴드 플레이트 12: 유체 유입구
14: 제1 유체 유로 16: 제2 유체 유로
18: 제3 유체 유로 20: 수냉식 응축기
21: 제1 유입단 22: 제1 배출단
23: 제2 유입단 24: 제2 배출단
26: 유체 배관 28: 공기 절연층
30: 제1 팽창밸브 40: 제1 방향전환밸브
50: 제2 방향전환밸브 60: 칠러
61: 제1 유입단 62: 제1 배출단
63: 제2 유입단 64: 제2 배출단
70: 제2 팽창밸브

Claims (15)

1. 내부에 유체 유로가 형성되는 매니폴드 플레이트; 및
   상기 매니폴드 플레이트에 결합되고, 제1 유체와 제2 유체를 열교환시키되 제1 유체가 유입되는 제1 유입단, 제1 유체가 배출되는 제1 배출단, 제2 유체가 유입되는 제2 유입단, 제2 유체가 배출되는 제2 배출단이 구비되는 열교환기를 포함하고,
   상기 열교환기의 제1 유입단 및 제1 배출단은 상기 유체 유로와 연통되도록 연결되는데, 상기 제1 유입단 또는 제1 배출단 중 어느 하나는 상기 매니폴드 플레이트에 직접 연결되고 다른 하나는 유체 배관에 연결되는 매니폴드 유체 모듈.
2. 제1항에 있어서,
   상기 유체 배관은 상기 제1 유입단 또는 제1 배출단에 일단이 연결되고, 타단은 상기 매니폴드 플레이트와 연결되어 상기 유체 유로와 연통되는 매니폴드 유체 모듈.
3. 제1항에 있어서,
   상기 유체 배관을 흐르는 제1 유체와 상기 유체 유로를 흐르는 제1 유체의 온도는 상이한 매니폴드 유체 모듈.
4. 제1항에 있어서,
   상기 유체 유로는 상기 매니폴드 플레이트에 복수개가 형성되고, 각각의 상기 유체 유로의 온도는 상이한 매니폴드 유체 모듈.
5. 제4항에 있어서,
   복수개의 상기 유체 유로 중 상기 유체 배관과 인접한 유체 유로의 온도가 가장 낮은 매니폴드 유체 모듈.
6. 제4항에 있어서,
   복수개의 상기 유체 유로 중 상기 유체 배관과 인접한 유체 유로의 온도가 가장 높은 매니폴드 유체 모듈.
7. 제1항에 있어서,
   상기 열교환기는 수냉식 응축기 또는 칠러인 매니폴드 유체 모듈.
8. 제1항에 있어서,
   상기 열교환기는 복수개로 구성되되, 수냉식 응축기 및 칠러를 포함하는 매니폴드 유체 모듈.
9. 제8항에 있어서,
   상기 수냉식 응축기는 상기 매니폴드 플레이트에 수직 방향으로 배치되고, 상기 칠러는 상기 매니폴드 플레이트에 수평 방향으로 배치되는 매니폴드 유체 모듈.
10. 제8항에 있어서,
    상기 수냉식 응축기는 상기 매니폴드 플레이트의 일측에 배치되고, 상기 칠러는 상기 수냉식 응축기의 측면 방향에 배치되는 매니폴드 유체 모듈.
11. 제8항에 있어서,
    상기 수냉식 응축기로 유입되는 제1 유체를 팽창시키는 제1 팽창밸브; 및 상기 칠러로 유입되는 제1 유체를 팽창시키는 제2 팽창밸브를 더 포함하되,
    상기 제1 팽창밸브는 상기 수냉식 응축기의 상방에 배치되고 상기 제2 팽창밸브는 상기 칠러의 상방에 배치됨으로써, 상기 수냉식 응축기 및 칠러로 유입된 제1 유체는 상부에서 하부로 이동되는 매니폴드 유체 모듈.
12. 제11항에 있어서,
    상기 수냉식 응축기에서 배출되는 제1 유체의 방향을 제어하는 제1 방향전환밸브 및 제2 방향전환밸브를 더 포함하되,
    상기 제1 방향전환밸브 및 제2 방향전환밸브는 상기 수냉식 응축기의 상방에 배치되는 매니폴드 유체 모듈.
13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 팽창밸브, 제1 방향전환밸브 및 제2 방향전환밸브는 상기 매니폴드 플레이트의 상부에 배치되고, 상기 수냉식 응축기는 상기 매니폴드 플레이트의 하부 일측에 배치되며, 상기 칠러 및 제2 팽창밸브는 상기 매니폴드 플레이트의 하부 타측에 배치되는 매니폴드 유체 모듈.
14. 내부에 유체 유로가 형성되는 매니폴드 플레이트;
    상기 매니폴드 플레이트에 결합되고, 제1 유체와 제2 유체를 열교환시키되 제1 유체가 유입되는 제1 유입단, 제1 유체가 배출되는 제1 배출단, 제2 유체가 유입되는 제2 유입단, 제2 유체가 배출되는 제2 배출단이 구비되는 열교환기; 및
    상기 열교환기의 제1 유입단 또는 제1 배출단을 통해 유입 또는 배출되는 제1 유체가 상기 유체 유로와 열간섭되는 것을 방지하기 위한 열간섭 방지부를 포함하는 매니폴드 유체 모듈.
15. 제14항에 있어서,
    상기 열간섭 방지부는 상기 유체 유로와 일정한 간격으로 이격되는 공기 절연층을 가지는 매니폴드 유체 모듈.