KR20240037466A

KR20240037466A - 통합 냉각수 모듈

Info

Publication number: KR20240037466A
Application number: KR1020220116002A
Authority: KR
Inventors: 최정범; 고광옥; 정성우
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2022-09-15
Filing date: 2022-09-15
Publication date: 2024-03-22
Also published as: WO2024058386A1

Abstract

본 발명은 리저버 탱크와, 밸브 및 펌프로 이루어진 냉각수 제어 모듈을 통합 구성하여 차량 내 패키지 및 조립 공수를 최적화할 수 있는 통합 냉각수 모듈에 관한 것이다.

Description

통합 냉각수 모듈{Integrated coolant module}

본 발명은 차량의 냉각 시스템에 적용되는 통합 냉각수 모듈에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 리저버 탱크와, 밸브 및 펌프로 이루어진 냉각수 제어 모듈을 통합 구성하여 차량 내 패키지 및 조립 공수를 최적화할 수 있는 통합 냉각수 모듈에 관한 것이다.

전기자동차 또는 하이브리드 자동차에는 모터, 인버터, 온보드 충전기(OBC, On Board Charger) 등을 포함하는 PE(Power Electronics) 부품들(예를 들어, 모터 등)이 탑재되어 있고, 또한 PE 부품들에 전력을 제공하기 위한 배터리가 탑재되어 있다.

PE 부품 및 배터리는 그 작동시 발열을 하기 때문에 부품 보호 및 내구 보장을 위하여 필수적으로 냉각 처리되어야 한다. 이를 위해, 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에는 PE 부품 냉각을 위한 수냉식 PE 냉각 시스템 및 배터리 냉각을 위한 수냉식 배터리 냉각 시스템이 탑재된다.

PE 부품들과 배터리는 주요 운전영역의 온도 범위가 상이하여, 즉 PE 부품이 배터리에 비해 상대적으로 고온에서 운전됨에 따라, PE 부품들과 배터리는 별도의 냉각 시스템을 필요로 한다. 이에 따라, PE 부품에 냉각수를 순환시켜 냉각하기 위한 PE 냉각회로와, 배터리에 냉각수를 순환시켜 냉각하는 배터리 냉각회로가 각각 구비된다. 그리고, 라디에이터를 경유하여 냉각수가 냉각되는 라디에이터 순환 라인이 더 구비될 수 있다.

도 1은 종래 전기자동차의 냉각 시스템을 나타낸 도면으로, 도시된 바와 같이 별도의 냉각회로를 운용하기 위해 각 냉각회로마다 별도의 리저버 탱크(R1, R2)가 분리 구성된다. 이와 같이, 종래 전기자동차는 각 냉각회로에 사용되는 두 개의 리저버 탱크(R1, R2)를 구비하는데, 이는 협소한 엔진룸 내부에 장착되기가 힘들고, 구성요소의 증가로 제작원가가 증가되는 문제점이 있다. 또한, 구성요소의 증가로 인해 중량이 증가되고, 각 리저버 탱크의 장착시간 증가로 생산성이 저하되며, 각 냉각회로 별로 유지보수를 별도로 해야 하는 점에서 불편한 문제가 있다.

나아가, 도 1을 다시 참조하면, PE 냉각회로와 배터리 냉각회로에는 각각 펌프(P1, P2)가 구비되는 반면 라디에이터 순환 라인에는 별도의 펌프가 구비되지 않고, 또한 두 개의 리저버 탱크(R1, R2)는 각각 PE 냉각회로와 배터리 냉각회로에 제공될 뿐 라디에이터 순환 라인에는 별도의 리저버가 제공되지 않는다. 이에 따라 냉각수가 라디에이터 순환 라인을 경유하는 연결 작동 모드시 냉각수의 라디에이터 순환 라인으로의 유동이 저해되는 문제가 있을 수 있으며, 해당 작동 모드시 라디에이터의 전단에 리저버가 배치되지 않으므로 순간적인 냉각수 보충 부족이 발생하여 소음 증가 및 냉각 성능 저하 등의 문제가 발생할 수 있다.

한국 등록특허공보 제10-1765578호 (2017.08.01. 등록)

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 차량 내 패키지 및 조립 공수를 최적화할 수 있고, 펌프 작동시 냉각수 보충 부족 문제를 해결할 수 있으며, 냉각수 바이패스에 의한 냉각 성능 저하를 방지할 수 있는 통합 냉각수 모듈을 제공하기 위한 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 예에 따른 통합 냉각수 모듈은, 중공된 내부 공간에 냉각수가 수용되는 리저버 탱크; 및 상기 리저버 탱크의 일측에 결합되며, 적어도 하나 이상의 밸브와 펌프를 포함하는 냉각수 제어 모듈;을 포함하며, 상기 리저버 탱크에서 배출되는 냉각수는 상기 냉각수 제어 모듈로 유입되고, 해당 냉각수 제어 모듈을 지나 외부를 순환하여 상기 리저버 탱크로 재유입되도록 구성되고, 상기 리저버 탱크는 복수의 공간들로 구획되고, 상기 복수의 공간들은 상기 적어도 하나 이상의 밸브와 연통되되, 냉각수 흐름에서 상기 밸브보다 상류 측에 배치될 수 있다.

상기 리저버 탱크의 내부 공간은 서로 구획된 제1 공간, 제2 공간, 및 제3 공간을 포함할 수 있다.

상기 냉각수 제어 모듈은 상기 밸브에 제1 펌프와 제2 펌프가 결합된 구조로 이루어지고, 상기 제1 공간의 냉각수는 상기 밸브로 유입되고 해당 밸브에서 상기 제1 펌프를 거쳐 외부로 순환되고, 상기 제2 공간의 냉각수는 상기 밸브로 유입되고 해당 밸브에서 상기 제2 펌프를 거쳐 외부로 순환되며, 상기 제3 공간의 냉각수는 상기 밸브로 유입되고 해당 밸브에서 외부로 순환될 수 있다.

상기 제1 공간 내지 제3 공간 각각에는, 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구와 냉각수가 배출되는 냉각수 배출구가 구비되고, 상기 제1 공간의 냉각수 배출구와, 상기 제2 공간의 냉각수 배출구와, 상기 제3 공간의 냉각수 배출구는 각각이 상기 밸브와 직접 연결될 수 있다.

상기 밸브, 상기 제1 펌프 및 상기 제2 펌프 각각에는 냉각수가 배출되는 냉각수 배출구가 구비될 수 있다.

상기 리저버 탱크의 내부 공간에는 상기 제1 공간, 제2 공간, 및 제3 공간을 구획하는 분리 격벽이 구비되고, 상기 분리 격벽은 상기 제1 공간, 제2 공간, 및 제3 공간이 만나는 교차점으로부터 3 방향으로 분기될 수 있다.

상기 리저버 탱크의 상부에는 하나의 냉각수 주입구가 구비되고, 상기 하나의 냉각수 주입구는 상기 분리 격벽의 교차점의 수직 방향 상부에 배치될 수 있다.

상기 분리 격벽의 상부는 관통된 구조로 이루어져 상기 분리 격벽의 관통된 상부를 통해 상기 제1 공간, 제2 공간, 및 제3 공간이 서로 연통될 수 있다.

상기 분리 격벽의 교차점의 주변에는 해당 교차점을 포위하는 포위 격벽이 구비되고, 상기 포위 격벽에는 상기 제1 공간, 제2 공간, 및 제3 공간 각각으로 관통된 관통부가 형성될 수 있다.

상기 제1 공간과 제2 공간 사이의 분리 격벽을 제1 분리 격벽이라 하고, 상기 제3 공간을 구획하는 분리 격벽을 제2 분리 격벽이라 하면, 상기 제1 분리 격벽의 상부는 관통된 구조로 이루어져 해당 제1 분리 격벽의 관통된 상부를 통해 상기 제1 공간과 제2 공간이 서로 연통되고, 상기 제2 분리 격벽의 상부는 폐색되어 상기 제3 공간이 상기 제1 공간 및 제2 공간과 분리되어 독립된 공간으로 형성될 수 있다.

상기 분리 격벽의 교차점의 주변 중 상기 제1 공간 측과 상기 제2 공간 측에는 해당 교차점을 포위하는 포위 격벽이 구비되고, 상기 포위 격벽에는 상기 제1 공간과 제2 공간 각각으로 관통된 관통부가 형성될 수 있다.

상기 분리 격벽은 상기 분리 격벽의 교차점으로부터 3 방향으로 등각으로 분기될 수 있다.

상기 제1 공간, 제2 공간, 및 제3 공간의 수평 방향 단면적은 서로 동일하게 구성될 수 있다.

상기 제1 공간에는, PE 냉각 라인을 유동하는 냉각수가 수용되고, 상기 제2 공간에는, 배터리 냉각 라인을 유동하는 냉각수가 수용되고, 상기 제3 공간에는, 라디에이터 냉각 라인을 유동하는 냉각수가 수용될 수 있다.

상기 복수의 공간들 중 적어도 하나는 나머지 공간들과 상기 리저버 탱크 내에서 연통되지 않도록 폐쇄될 수 있다.

상기 복수의 공간들 중 상기 리저버 탱크 내에서 서로 연통가능한 공간은 상기 밸브와 상기 펌프를 모두 포함하는 냉각수 회로 상에 구비될 수 있다.

상기 복수의 공간들 중 상기 리저버 탱크 내에서 서로 연통가능한 공간에서 배출된 냉각수는 상기 밸브와 상기 펌프를 순차적으로 유동할 수 있다.

상기 밸브와 상기 펌프를 순차적으로 유동한 냉각수는 모터 또는 배터리를 냉각할 수 있다.

상기 복수의 공간들 중 상기 리저버 탱크 내에서 나머지 공간들과 연통되지 않는 공간은 상기 밸브는 포함하되 상기 펌프는 포함하지 않는 냉각수 회로 상에 구비될 수 있다.

상기 복수의 공간들 중 상기 리저버 탱크 내에서 나머지 공간들과 연통되지 않는 공간에서 배출된 냉각수는 라디에이터를 냉각하고 다시 회수될 수 있다.

본 발명에 의하면, 리저버 탱크와 냉각수 제어 모듈을 통합 구성함으로써 차량 내 패키지 및 조립 공수를 최적화할 수 있다.

또한, 리저버 탱크의 내부에 서로 구획된 다수의 공간이 형성되고 각 공간이 냉각 시스템의 각 냉각회로에 리저버로 제공됨으로써 펌프 작동시 냉각수 보충 문제를 해결할 수 있다.

또한, 다수의 공간 중 어느 하나의 공간이 다른 공간들과 독립적으로 구성되거나 냉각수 주입구 주변에 포위 격벽이 구비됨으로써, 냉각수 바이패스에 의한 냉각 성능 저하를 방지할 수 있다.

도 1은 종래 전기자동차의 냉각 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 통합 냉각수 모듈의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 예에 따른 리저버 탱크의 수평 방향 단면도이다.
도 4는 본 발명의 통합 냉각수 모듈을 적용한 냉각 시스템의 냉각회로를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 예에 따른 리저버 탱크의 수평 방향 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 예에 따른 통합 냉각수 모듈의 사시도로서, 도시된 바와 같이 본 발명의 통합 냉각수 모듈(10)은 리저버 탱크(100)와 냉각수 제어 모듈(200)을 포함한다.

먼저 리저버 탱크(100)에 대해 살펴본다.

리저버 탱크(100)는 내부에 냉각수를 수용하여 저장한다. 리저버 탱크(100)는 외곽 하우징에 해당하는 탱크 바디(110)와, 탱크 바디(110)의 상부에 구비되어 탱크 바디(110)의 내부 공간으로 냉각수가 주입되도록 구성되는 냉각수 주입구(120)와, 탱크 바디(110)의 내부 공간에 구비되는 분리 격벽(130)을 포함한다.

도 3은 본 발명의 일 예에 따른 리저버 탱크의 수평 방향 단면도로서, 도시된 바와 같이 리저버 탱크(100)의 내부 공간은 분리 격벽(130)에 의해 서로 구획된 제1 공간(101), 제2 공간(102), 및 제3 공간(103)을 포함한다.

도 2, 3을 다시 참조하면, 리저버 탱크(100)에는, 제1 공간 내지 제3 공간(101, 102, 103) 각각에 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구와 냉각수가 배출되는 냉각수 배출구가 구비된다. 도면에서, 제1 공간(101)의 냉각수 유입구를 제1 냉각수 유입구(101A)로, 제1 공간(101)의 냉각수 배출구를 제1 냉각수 배출구(101B)로, 제2 공간(102)의 냉각수 유입구를 제2 냉각수 유입구(102A)로, 제2 공간(102)의 냉각수 배출구를 제2 냉각수 배출구(102B), 제3 공간(103)의 냉각수 유입구를 제2 냉각수 유입구(103A)로, 제3 공간(103)의 냉각수 배출구를 제2 냉각수 배출구(103B)로 각각 표시하였다. 각 냉각수 유입구와 냉각수 배출구는 탱크 바디(110) 또는 분리 격벽(130)을 관통하는 관통홀 구조로 이루어지고, 그 중 적어도 일부는 그로부터 소정 연장되는 파이프 구조로 이루어질 수 있다.

다음으로 냉각수 제어 모듈(200)에 대해 살펴본다.

냉각수 제어 모듈(200)은 밸브(210)와 펌프(220)가 모듈화되어 통합된 냉각 시스템의 일 컴포넌트에 해당한다. 즉, 냉각수 모듈(200)은 적어도 하나 이상의 밸브(210)와 펌프(220)를 포함한다. 밸브(210)는 냉각수의 유동 경로를 제어하는 다방향 자동화 밸브일 수 있으며, 펌프(220)는 냉각수를 가압하여 이송하는 냉각수 펌프일 수 있다. 또한, 냉각수 제어 모듈(200)은 밸브(210)와 펌프(220)를 제어하는 제어기(230)를 더 포함할 수 있으며, 해당 제어기(230)는 전자소자들이 장착된 PCB 기판으로 이루어져 냉각수 제어 모듈(200)의 일측에 배치될 수 있다. 이러한 냉각수 제어 모듈(200)은 탱크 바디(110)의 하부에 장착 결합되어 리저버 탱크(100)와 함께 통합 냉각수 모듈(10)을 구성한다.

도 2와 같이, 냉각수 제어 모듈(200)은 하나의 밸브(210)와 두개의 펌프(220)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 냉각수 제어 모듈(200)은 중앙에 밸브(210)가 위치하고 해당 밸브(210)의 양측에 제1 펌프(220-1)와 제2 펌프(220-2)가 각각 결합된 구조로 이루어질 수 있다.

밸브(210)에는 밸브(210) 내부로 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구(미도시)가 구비되며, 밸브(210)의 냉각수 유입구는 상술한 리저버 탱크의 각 공간의 수만큼 형성되어, 각 공간의 냉각수 배출구와 일대일 연결될 수 있다. 구체적으로, 밸브(210)의 냉각수 유입구는 3개로 구성되고, 각각이 제1 공간의 냉각수 배출구(101B), 제2 공간의 냉각수 배출구(102B), 제3 공간의 냉각수 배출구(130B)와 직접 연결될 수 있다. 이에 따라, 리저버 탱크(100)의 각 공간(101, 102, 103)의 냉각수는 냉각수 제어 모듈(200)의 밸브(210)로 바로 유입될 수 있다.

그리고, 밸브(210), 제1 펌프(220-1), 및 제2 펌프(220-2) 각각에는 냉각수가 배출되는 냉각수 배출구가 구비될 수 있다. 도면에서, 밸브(210)의 냉각수 배출구를 밸브 냉각수 배출구(215)로, 제1 펌프(220-1)의 냉각수 배출구를 제1 펌프 냉각수 배출구(225-1)로, 제2 펌프(220-2)의 냉각수 배출구를 제1 펌프 냉각수 배출구(225-2)로 각각 표시하였다. 각각의 밸브 냉각수 배출구 및 펌프 냉각수 배출구는 밸브의 하우징 또는 펌프의 하우징을 관통하는 관통홀 구조로 이루어지고, 그 중 적어도 일부는 그로부터 소정 연장되는 파이프 구조로 이루어질 수 있다.

이하, 위의 구성을 기초로 본 발명의 통합 냉각수 모듈에 대해 살펴본다.

본 발명의 통합 냉각수 모듈은, 리저버 탱크(100)에서 배출되는 냉각수가 냉각수 제어 모듈(200)로 유입되고, 해당 냉각수 제어 모듈(200)을 지나 외부를 순환하여 리저버 탱크(100)로 재유입되도록 구성된다. 구체적으로, 제1 공간의 냉각수 배출구(101B)와, 제2 공간의 냉각수 배출구(101B)와, 제3 공간의 냉각수 배출구(130A)는 각각이 냉각수 제어 모듈(200)의 밸브(210)와 직접 연결될 수 있다. 즉, 본 발명의 통합 냉각수 모듈에 의하면, 리저버 탱크에서 배출되는 냉각수는 냉각수 제어 모듈의 밸브로 바로 유입되고, 해당 밸브에서 냉각 시스템의 각 냉각회로로 분배되어 각 냉각회로를 순환한 뒤, 리저버 탱크로 재유입된다.

도 4는 본 발명의 통합 냉각수 모듈을 적용한 냉각 시스템의 냉각회로를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이 냉각 시스템의 냉각회로는, PE 부품(PE)을 경유하는 PE 냉각 라인(L1)과, 배터리(BATT)를 경유하는 배터리 냉각 라인(L2)과, 라디에이터(RAD)를 경유하는 라디에이터 순환 라인(L3)으로 구분될 수 있다. 그리고, PE 냉각 라인(L1)에는 제1 펌프(220-1)가 구비되고, 배터리 냉각 라인(L2)에는 제2 펌프(220-2)가 구비되며, 라디에이터 순환 라인(L3)에는 별도의 펌프가 구비되지 않을 수 있다.

이러한 구성의 냉각 시스템에 있어서, 본 발명의 통합 냉각수 모듈은 다음과 같이 적용될 수 있다. 리저버 탱크(100)의 제1 공간(101)의 냉각수는 제1 냉각수 배출구(101B)를 통해 밸브(210)로 바로 유입되고, 밸브(210)에서 제1 펌프(220-1)로 이동되고, 제1 펌프(220-1)에서 제1 펌프 냉각수 배출구(225-1)를 통해 배출된 후 제1 펌프(220-1)에 의해 가압 이송되어 PE 부품(PE)을 경유한 뒤 제1 냉각수 유입구(101A)를 통해 리저버 탱크(100)의 제1 공간(101)으로 재유입된다. 리저버 탱크(100)의 제2 공간(102)의 냉각수는 제2 냉각수 배출구(102B)를 통해 밸브(210)로 바로 유입되고, 밸브(210)에서 제2 펌프(220-2)로 이동되고, 제2 펌프(220-2)에서 제2 펌프 냉각수 배출구(225-2)를 통해 배출된 후 제2 펌프(225-2)에 의해 가압 이송되어 배터리(BATT)를 경유한 뒤 제2 냉각수 유입구(102A)를 통해 리저버 탱크(100)의 제2 공간(102)으로 재유입된다. 리저버 탱크(100)의 제3 공간(103)의 냉각수는 제3 냉각수 배출구(103B)를 통해 밸브(210)로 바로 유입되고, 밸브(210)에서 밸브 냉각수 배출구(215)를 통해 배출되어 라디에이터(RAD)를 경유한 뒤 제3 냉각수 유입구(103A)를 통해 리저버 탱크(100)의 제3 공간(103)으로 재유입된다.

이와 같이, 본 발명의 통합 냉각수 모듈에 의하면 리저버 탱크의 서로 구획된 3개의 공간이 냉각 시스템의 각 냉각회로에 리저버로 제공되며, 이때 각 공간에서 배출된 냉각수가 냉각수 제어 모듈의 밸브로 유입되게 구성됨으로써 어떠한 연결 작동 모드에서도 각 냉각회로의 펌프 전단에 냉각수가 저장되는 리저버 공간이 형성되게 되고, 이에 따라 펌프 작동시 순간적으로 발생할 수 있는 냉각수 보충 부족의 문제를 해결할 수 있다.

즉, 종래 냉각 시스템의 경우 리저버 탱크에서 배출되는 냉각수가 펌프를 거쳐 각 냉각회로를 순환한 이후 밸브로 유입되고, 해당 밸브에서 분배되어 리저버 탱크로 재유입되는 구조로 이루어지는데, 이 경우 특정 연결 작동 모드, 예를 들어 라디에이터를 경유하는 작동 모드에서는 라디에이터 순환 라인의 펌프 전단에 리저버가 없어 펌프 작동시 보충되어야 할 냉각수의 양이 부족하여 소음 증가 내지 성능 저하 등의 문제가 발생하게 된다. 그러나, 본 발명은 리저버 탱크가 3개의 공간으로 구획되어 각 공간의 냉각수가 각 냉각회로에 제공될 수 있도록 구성되고, 동시에 각 공간의 냉각수 배출구가 밸브와 직접 연결되어 각 공간의 냉각수가 밸브로 바로 유입되도록 구성됨에 따라, 종래 냉각 시스템에서의 소음 증가나 성능 저하 등의 문제를 해결할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 예에 따른 리저버 탱크의 수평 방향 단면도이고, 도 5는 본 발명의 다른 예에 따른 리저버 탱크의 수평 방향 단면도로서, 이하 각 예의 리저버 탱크에 대해 살펴보기로 한다.

먼저, 도 3을 참조하여 리저버 탱크의 일 실시예에 대해 살펴본다.

도시된 바와 같이 리저버 탱크(100)의 내부 공간에는 제1 공간(101), 제2 공간(102), 및 제3 공간(103)을 구획하는 분리 격벽(130)이 구비된다. 이때, 분리 격벽(130)은 제1 공간(101), 제2 공간(102), 및 제3 공간(103)이 만나는 교차점(P)으로부터 3 방향으로 분기되는 구조로 이루어질 수 있다.

그리고, 냉각수 주입구(120)는 하나로 구성되고, 해당 하나의 냉각수 주입구(120)는 탱크 바디(110)의 상부이자 상술한 분리 격벽(130)의 교차점(P)의 수직 방향 상부에 배치될 수 있다. 냉각수 주입구(120)가 분리 격벽(130)의 교차점(P)의 수직 방향 상부에 배치됨으로써 냉각수 주입구(120)를 통해 주입되는 냉각수가 제1 공간 내지 제3 공간(101, 102, 103)으로 분배되게 된다. 즉, 본 발명은 냉각수 주입구를 분리 격벽의 교차점의 수직 방향 상부에 배치함으로써 냉각수 주입구를 하나로 구성하더라도 제1 공간 내지 제3 공간 각각에 냉각수를 동시 주입할 수 있으며, 이와 같이 냉각수 주입구가 하나로 구성됨으로써 냉각수 주입성이 향상되고 리저버 탱크의 제작 비용이 절감될 수 있다.

여기서, 냉각수 주입구(120)를 하나로 구성하여 냉각수 주입구(120)에서 주입되는 냉각수가 제1 공간 내지 제3 공간(103) 각각으로 동시에 분배되는 경우, 해당 냉각수 주입구(120) 부근에서 제1 공간 내지 제3 공간(101, 102, 103)은 서로 연통된다. 구체적으로, 분리 격벽(130)의 상부는 관통된 구조로 이루어질 수 있으며, 해당 분리 격벽(130)의 관통된 상부를 통해 제1 공간(101), 제2 공간(102), 및 제3 공간(103)이 서로 연통될 수 있다. 예를 들어, 분리 격벽(130)은 탱크 바디(110)의 바닥으로부터 상부로 소정 높이를 가지며, 그에 따라 분리 격벽(130)의 상단과 탱크 바디(110)의 상부면 사이는 소정 이격될 수 있다. 그리고, 이와 같이 분리 격벽(130)의 관통된 상부, 즉 소정의 높이를 가지는 분리 격벽(130)의 윗부분을 통해 제1 공간 내지 제3 공간(101, 102, 103)이 서로 연통될 수 있다.

한편, 제1 공간 내지 제3 공간(101, 102, 103)에 수용되는 냉각수 각각은 서로 순환하는 냉각회로가 달라 서로 다른 온도 분포를 가질 수 있다. 도 4를 다시 참조하면, 제1 공간(101)의 냉각수는 PE 부품(PE)을 냉각하기 위한 PE 냉각 순환 라인(L1)을 유동하고, 제2 공간(102)의 냉각수는 배터리(BATT)를 냉각하기 위한 배터리 냉각 순환 라인(L2)을 유동하며, 제3 공간(103)의 냉각수는 냉각 시스템의 연결 작동 모드에 따라 PE 냉각 순환 라인(L1) 또는 배터리 순환 라인(L2)과 직렬 연결되어 라디에이터(RAD)에 의해 냉각되는 라디에이터 순환 라인(L3)을 유동할 수 있다.

이때 배터리에 비해 PE 부품의 주요 운전영역의 온도 범위가 높아, PE 냉각 순환 라인(L1)을 순환하고 재유입된 제1 공간(101)의 냉각수의 온도가 배터리 냉각 순환 라인(L2)을 순환하고 재유입된 제2 공간(102)의 냉각수의 온도에 비해 높을 수 있다. 제3 공간(103)의 냉각수가 유동하는 라디에이터 순환 라인(L3)은 PE 냉각 순환 라인(L1) 또는 배터리 냉각 순환 라인(L2)과 선택적으로 연결될 수 있으며, 그에 따라 제3 공간(103)의 냉각수는 제1 공간(101) 또는 제2 공간(102)의 냉각수와 온도 분포가 상이할 수 있다. 이와 같이 각 공간의 냉각수의 온도 분포가 서로 상이하게 형성되고, 각 냉각회로의 주요 작동 온도 범위가 상이하므로, 각 공간의 냉각수가 다른 공간의 냉각수와 서로 섞이는 것은 바람직하지 않다.

이를 방지하기 위해, 본 발명은 포위 격벽(140) 구성을 채택한다. 도 3을 다시 참조하면, 도시된 바와 같이 분리 격벽(130)의 교차점(P)의 주변에는 해당 교차점(P)을 포위하는 포위 격벽(140)이 구비될 수 있다. 포위 격벽(140)은 교차점(P)으로부터 소정 이격되어 교차점(P)을 둘러싸는 원통형 벽구조로 이루어질 수 있다. 그리고, 이러한 포위 격벽(140)에는 제1 공간(101), 제2 공간(102), 및 제3 공간(103) 각각으로 관통된 관통부가 형성될 수 있다. 도면에서, 제1 공간(101)을 향해 관통된 관통부를 제1 관통부(141)로 표시하고, 제2 공간(102)을 향해 관통된 관통부를 제2 관통부(142)로 표시하고, 제3 공간(103)을 향해 관통된 관통부를 제3 관통부(143)로 각각 표시하였다. 제1 관통부 내지 제3 관통부(130A, 130B, 130C)는 각각 하나 이상으로 형성될 수 있다. 이와 같이 관통부(130A, 130B, 130C)가 형성된 포위 격벽(140)이 마련됨으로써 각 공간의 냉각수가 다른 공간으로 바이패스 되는 것을 방지할 수 있다. 이와 함께 하나의 냉각수 주입구(120)를 통해 주입되는 냉각수가 어느 하나의 공간으로 편중되지 않고 각 공간에 균일하게 분배되도록 하는데 도움이 될 수 있다.

다음으로, 도 5를 참조하여 리저버 탱크의 다른 실시예에 대해 살펴본다.

도시된 바와 같이 리저버 탱크(100)의 내부 공간에는 서로 구획된 제1 공간(101), 제2 공간(102), 및 제3 공간(103)이 형성되며, 이들을 구획하는 분리 격벽(130)이 구비된다. 분리 격벽(130)은 앞의 예에서와 같이 제1 공간(101), 제2 공간(102), 및 제3 공간(103)이 만나는 교차점(P)으로부터 3 방향으로 분기되는 구조로 이루어질 수 있다.

이때, 앞의 예는 제1 공간 내지 제3 공간(101, 102, 103) 각각이 서로 연통되는 구조로 이루어지던 것에 반해, 본 예는 제1 공간(101)과 제2 공간(102)은 서로 연통되되, 제3 공간(103)은 제1 공간(101) 및 제2 공간(102)과 분리되어 독립된 공간으로 형성되는 점에서 차이가 있다. 구체적으로, 제1 공간(101)과 제2 공간(102) 사이의 분리 격벽을 제1 분리 격벽(131)이라 하고, 제3 공간(103)을 구획하는 분리 격벽을 제2 분리 격벽(132)이라 하면, 제1 분리 격벽(131) 상부가 관통된 구조로 이루어져 해당 분리 격벽(131)의 관통된 상부를 통해 제1 공간(101)과 제2 공간(102)이 서로 연통되고, 제2 분리 격벽(132)은 해당 분리 격벽(132)의 상부가 폐색되어 제3 공간(103)이 제1 공간(101) 및 제2 공간(102)과 분리될 수 있다. 예를 들어, 제1 분리 격벽(131)과 제2 분리 격벽(132)은 모두 탱크 바디(110)의 바닥으로부터 상부로 소정 높이를 가지며, 그에 따라 제1 분리 격벽(131)과 제2 분리 격벽(132) 각각의 상단과 탱크 바디(110)의 상부면 사이는 소정 이격될 수 있다. 이 중 제1 분리 격벽(131)의 관통된 상부, 즉 소정의 높이를 가지는 제1 분리 격벽(131)의 윗부분을 통해 제1 공간(101)과 제2 공간(102)이 서로 연통될 수 있으며, 제2 분리 격벽(132)의 상부는 상판(132T)과 같은 구조물에 의해 폐색되어 제3 공간(103)이 제1 공간(101) 및 제2 공간(102)과 분리될 수 있다.

이는 제3 공간(103)의 냉각수가 순환하는 라디에이터 순환 라인(L3)에 펌프가 구비되지 않는 것과 연관이 있다. 도 4를 다시 참조하면, 상술한 바와 같이 PE 냉각 라인(L1)과 배터리 냉각 라인(L2)에는 각각 펌프(P1, P2)가 구비되는 반면, 라디에이터 순환 라인(L3)에는 별도의 펌프가 구비되지 않는다. 라디에이터 순환 라인(L3)은 필요에 따라, 예를 들어 특정 연결 작동 모드에서 밸브를 통해 PE 냉각 라인(L2)과 연결되어 흐르는 방식으로 구성될 수 있다. 이 경우 PE 냉각 라인(L2)과 라디에이터 순환 라인(L3)은 직렬로 연결되며, 그에 따라 PE 부품(PE)을 통과한 냉각수가 모두 라디에이터(RAD)로 순환되어야 할 필요가 있다.

이때, 제3 공간(103)이 제1 공간(101) 및 제2 공간(102)과 연통되어 제3 공간(103)이 제1 공간(101) 및 제2 공간(102)과 병렬 연결 되게 되면, 냉각수를 가압하여 이송해줄 펌프가 없는 라디에이터 순환 라인(L3)으로는 냉각수가 거의 가지 않게 되고, 제1 펌프(P1)에 의해 저항이 작은 PE 냉각 라인(L1) 상의 제1 공간(101)으로 대부분의 냉각수가 바이패스되는 문제가 발생할 수 있다.

즉, 냉각수가 라디에이터 순환 라인(L3)을 통해 라디에이터(RAD)를 경유하며 냉각이 되어야 하는데, 제3 공간(103)이 제1 공간(101) 또는 제2 공간(102)과 연통되게 되면, 제3 공간(103)에서 냉각수가 다른 공간으로 넘어가 다른 냉각 라인을 재순환하게 되어 냉각이 되지 못하며, 그에 따라 냉각 성능이 떨어져 PE 부품(PE) 또는 배터리(BATT)의 성능 저하 문제가 발생할 수 있다. 본 예의 리저버 탱크(100)는 제3 공간(103)을 제1 공간(101) 및 제2 공간(102)과 분리하여 독립된 공간으로 형성함으로써, 위와 같은 문제를 해결할 수 있다.

또한, 도 5를 다시 참조하면, 본 예의 리저버 탱크(100)는 분리 격벽(130)의 교차점(P) 주변 중 제1 공간(101) 측과 제2 공간(102) 측에 해당 교차점(P)을 포위하는 포위 격벽(140)이 구비될 수 있으며, 해당 포위 격벽(140)에는 제1 공간(101)과 제2 공간(102) 각각으로 관통된 관통부(141, 142)가 형성될 수 있다.

나아가, 본 예에서도 앞의 예에서와 마찬가지로 냉각수 주입구(120)가 하나로 구성되고 해당 하나의 냉각수 주입구(120)가 분리 격벽 교차점(P)의 수직 방향 상부에 배치될 수 있는데, 본 발명은 하나의 냉각수 주입구(120) 주변에 포위 격벽(140)을 마련함에 따라, 하나의 냉각수 주입구(120)를 통해 주입되는 냉각수가 각 공간에 보다 균일하게 분배되도록 할 수 있다. 한편, 본 예의 경우 제3 공간(103)이 제1 공간(101) 및 제2 공간(102)과 애초에 분리되어 있으므로, 앞의 예에서의 냉각수 바이패스 방지 기능은 작용하지 않을 수 있다.

도 3, 5를 다시 참조하면, 제1 공간 내지 제3 공간(101, 102, 103)을 구획하기 위한 분리 격벽(130)은 상술한 분리 격벽(130)의 교차점(P)으로부터 3 방향으로 등각으로 분기될 수 있으며, 제1 공간(101), 제2 공간(102), 및 제3 공간(103)의 수평 방향 단면적은 서로 동일하게 구성될 수 있다. 분리 격벽(130)이 교차점(P)에서 등각으로 분기됨으로써 냉각수 주입구(120)를 통해 주입되는 냉각수가 각 공간으로 더욱 균일하게 분배될 수 있으며, 각 공간의 수평 방향 단면적이 서로 동일하게 구성됨으로써 각 공간의 냉각수 수용 용량이 동일하게 구성될 수 있고, 그에 따라 각 공간에서의 최고 수위와 최저 수위를 동일하게 설정할 수 있어 리저버 탱크의 제작 및 사용상 편이성이 증대될 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 통합 냉각수 모듈은 리저버 탱크, 펌프, 및 밸브가 모듈화된 것으로 냉각 시스템의 컴포넌트들을 통합적으로 일체화함으로써 패키징성 증대 및 공수 최적화가 가능하고, 냉각 시스템에서 어떠한 작동 모드에서도 펌프 전단에 리저버가 마련됨에 따라 냉각수 보충 부족 문제를 해결할 수 있다. 또한 어느 하나의 공간을 다른 공간들과 분리하여 독립된 공간으로 형성하거나 포위 격벽을 구비함으로써 냉각수 바이패스에 의한 냉각 성능 저하를 방지할 수 있고, 나아가 냉각수 주입구를 하나로 형성함으로써 냉각수 주입성이 향상되고 제조 비용을 절감할 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 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.

10: 통합 냉각수 모듈
100: 리저버 탱크
110: 탱크 바디
120: 냉각수 주입구
130: 격벽
131: 제1 격벽
132: 제2 격벽
101: 제1 공간
102: 제2 공간
103: 제3 공간
200: 냉각수 제어 모듈
210: 밸브
220: 펌프
220-1: 제1 펌프
220-2: 제2 펌프

Claims

중공된 내부 공간에 냉각수가 수용되는 리저버 탱크; 및
상기 리저버 탱크의 일측에 결합되며, 적어도 하나 이상의 밸브와 펌프를 포함하는 냉각수 제어 모듈;을 포함하며,
상기 리저버 탱크에서 배출되는 냉각수는 상기 냉각수 제어 모듈로 유입되고, 해당 냉각수 제어 모듈을 지나 외부를 순환하여 상기 리저버 탱크로 재유입되도록 구성되고,
상기 리저버 탱크는 복수의 공간들로 구획되고, 상기 복수의 공간들은 상기 적어도 하나 이상의 밸브와 연통되되, 냉각수 흐름에서 상기 밸브보다 상류 측에 배치되는,
통합 냉각수 모듈.
제1항에 있어서,
상기 리저버 탱크의 내부 공간은 서로 구획된 제1 공간, 제2 공간, 및 제3 공간을 포함하는,
통합 냉각수 모듈.
제2항에 있어서,
상기 냉각수 제어 모듈은 상기 밸브에 제1 펌프와 제2 펌프가 결합된 구조로 이루어지고,
상기 제1 공간의 냉각수는 상기 밸브로 유입되고 해당 밸브에서 상기 제1 펌프를 거쳐 외부로 순환되고,
상기 제2 공간의 냉각수는 상기 밸브로 유입되고 해당 밸브에서 상기 제2 펌프를 거쳐 외부로 순환되며,
상기 제3 공간의 냉각수는 상기 밸브로 유입되고 해당 밸브에서 외부로 순환되는,
통합 냉각수 모듈.
제3항에 있어서,
상기 제1 공간 내지 제3 공간 각각에는, 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구와 냉각수가 배출되는 냉각수 배출구가 구비되고,
상기 제1 공간의 냉각수 배출구와, 상기 제2 공간의 냉각수 배출구와, 상기 제3 공간의 냉각수 배출구는 각각이 상기 밸브와 직접 연결되는,
통합 냉각수 모듈.
제3항에 있어서,
상기 밸브, 상기 제1 펌프 및 상기 제2 펌프 각각에는 냉각수가 배출되는 냉각수 배출구가 구비되는,
통합 냉각수 모듈.
제2항에 있어서,
상기 리저버 탱크의 내부 공간에는 상기 제1 공간, 제2 공간, 및 제3 공간을 구획하는 분리 격벽이 구비되고,
상기 분리 격벽은 상기 제1 공간, 제2 공간, 및 제3 공간이 만나는 교차점으로부터 3 방향으로 분기되는,
통합 냉각수 모듈.
제6항에 있어서,
상기 리저버 탱크의 상부에는 하나의 냉각수 주입구가 구비되고,
상기 하나의 냉각수 주입구는 상기 분리 격벽의 교차점의 수직 방향 상부에 배치되는,
통합 냉각수 모듈.
제7항에 있어서,
상기 분리 격벽의 상부는 관통된 구조로 이루어져 상기 분리 격벽의 관통된 상부를 통해 상기 제1 공간, 제2 공간, 및 제3 공간이 서로 연통되는,
통합 냉각수 모듈.
제8항에 있어서,
상기 분리 격벽의 교차점의 주변에는 해당 교차점을 포위하는 포위 격벽이 구비되고,
상기 포위 격벽에는 상기 제1 공간, 제2 공간, 및 제3 공간 각각으로 관통된 관통부가 형성되는,
통합 냉각수 모듈.
제7항에 있어서,
상기 제1 공간과 제2 공간 사이의 분리 격벽을 제1 분리 격벽이라 하고, 상기 제3 공간을 구획하는 분리 격벽을 제2 분리 격벽이라 하면,
상기 제1 분리 격벽의 상부는 관통된 구조로 이루어져 해당 제1 분리 격벽의 관통된 상부를 통해 상기 제1 공간과 제2 공간이 서로 연통되고,
상기 제2 분리 격벽의 상부는 폐색되어 상기 제3 공간이 상기 제1 공간 및 제2 공간과 분리되어 독립된 공간으로 형성되는,
통합 냉각수 모듈.
제10항에 있어서,
상기 분리 격벽의 교차점의 주변 중 상기 제1 공간 측과 상기 제2 공간 측에는 해당 교차점을 포위하는 포위 격벽이 구비되고,
상기 포위 격벽에는 상기 제1 공간과 제2 공간 각각으로 관통된 관통부가 형성되는,
통합 냉각수 모듈.
제6항에 있어서,
상기 분리 격벽은 상기 분리 격벽의 교차점으로부터 3 방향으로 등각으로 분기되는,
통합 냉각수 모듈.
제6항에 있어서,
상기 제1 공간, 제2 공간, 및 제3 공간의 수평 방향 단면적은 서로 동일하게 구성되는,
통합 냉각수 모듈.
제2항에 있어서,
상기 제1 공간에는, PE 냉각 라인을 유동하는 냉각수가 수용되고,
상기 제2 공간에는, 배터리 냉각 라인을 유동하는 냉각수가 수용되고,
상기 제3 공간에는, 라디에이터 냉각 라인을 유동하는 냉각수가 수용되는,
통합 냉각수 모듈.
제1항에 있어서,
상기 복수의 공간들 중 적어도 하나는 나머지 공간들과 상기 리저버 탱크 내에서 연통되지 않도록 폐쇄되는,
통합 냉각수 모듈.
제15항에 있어서,
상기 복수의 공간들 중 상기 리저버 탱크 내에서 서로 연통가능한 공간은 상기 밸브와 상기 펌프를 모두 포함하는 냉각수 회로 상에 구비되는,
통합 냉각수 모듈.
제16항에 있어서,
상기 복수의 공간들 중 상기 리저버 탱크 내에서 서로 연통가능한 공간에서 배출된 냉각수는 상기 밸브와 상기 펌프를 순차적으로 유동하는,
통합 냉각수 모듈.
제17항에 있어서,
상기 밸브와 상기 펌프를 순차적으로 유동한 냉각수는 모터 또는 배터리를 냉각하는,
통합 냉각수 모듈.
제15에 있어서,
상기 복수의 공간들 중 상기 리저버 탱크 내에서 나머지 공간들과 연통되지 않는 공간은 상기 밸브는 포함하되 상기 펌프는 포함하지 않는 냉각수 회로 상에 구비되는,
통합 냉각수 모듈.
제19항에 있어서,
상기 복수의 공간들 중 상기 리저버 탱크 내에서 나머지 공간들과 연통되지 않는 공간에서 배출된 냉각수는 라디에이터를 냉각하고 다시 회수되는,
통합 냉각수 모듈.