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KR102676688B1 - 열관리 시스템 - Google Patents

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KR102676688B1
KR102676688B1 KR1020200065909A KR20200065909A KR102676688B1 KR 102676688 B1 KR102676688 B1 KR 102676688B1 KR 1020200065909 A KR1020200065909 A KR 1020200065909A KR 20200065909 A KR20200065909 A KR 20200065909A KR 102676688 B1 KR102676688 B1 KR 102676688B1
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KR
South Korea
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coolant
pump
heater
coolant pump
outlet
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황인국
김성훈
이해준
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한온시스템 주식회사
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Abstract

본 발명의 열관리 시스템은 냉각수를 가열하는 냉각수 히터; 상기 냉각수 히터의 냉각수 입구 또는 냉각수 출구에 연결되어 냉각수를 압송하며, 상기 냉각수 히터에 결합된 제1냉각수 펌프; 배터리측에 연결되어 냉각수를 압송하며, 상기 냉각수 히터에 결합된 제2냉각수 펌프; 를 포함하고, 상기 냉각수 히터, 제1냉각수 펌프 및 제2냉각수 펌프는 차량의 엔진룸 내부에 배치되어, 차량의 냉각수 시스템을 구성하는 부품들 간을 연결하는 배관에서 냉각수의 압력 손실이 줄어들어 시스템의 성능이 향상되며, 차량의 실내에서 소음 및 진동이 감소될 수 있는 열관리 시스템에 관한 것이다.

Description

열관리 시스템 {Thermal management system}
본 발명은 차량의 난방과 전장부품의 냉각 및 가열을 위한 냉각수 시스템을 구성하는 부품들을 모듈화한 열관리 시스템에 관한 것이다.
최근 자동차 분야에서 환경 친화적 기술의 구현 및 에너지 고갈 등의 문제 해결책으로서 각광받고 있는 것이 전기 자동차이다.
전기 자동차는 배터리 또는 연료전지로부터 전력을 공급받아 구동되는 모터를 이용해 주행하기 때문에 탄소 배출이 적고 소음이 작다. 또한, 전기 자동차는 기존의 엔진보다 에너지 효율이 우수한 모터를 사용하기 때문에 친환경적이다.
이러한 전기 자동차는 실내 공조를 위한 냉난방 및 구동 모터, 배터리, 인버터 등 전장부품들의 냉각을 위한 열관리 시스템이 구비된다.
그런데 열관리 시스템에는 차량의 실내 난방과 전장부품의 냉각 및 가열을 위한 냉각수 시스템이 구성되는데, 냉각수 시스템은 냉각수의 순환을 위해 구성되는 부품들의 수가 많고 이들을 연결해주는 배관의 수가 많아서 냉각수 시스템을 조립하는데 공정이 복잡하고 어렵다. 또한, 부품들을 연결해주는 배관의 길이가 길어지게 되어 유동되는 냉각수의 압력 강하에 의한 시스템의 성능 손실이 발생하게 된다.
KR 2014-0147365 A (2014.12.30.)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 차량의 실내 난방과 전장부품의 냉각 및 가열을 위한 냉각수 시스템을 구성하는 부품들 사이의 거리를 줄여 부품들을 연결하는 배관에서 냉각수의 압력 손실을 줄이고 시스템의 성능을 향상시키며, 소음 및 진동의 관리가 용이한 열관리 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열관리 시스템은, 냉각수를 가열하는 냉각수 히터; 상기 냉각수 히터의 냉각수 입구 또는 냉각수 출구에 연결되어 냉각수를 압송하며, 상기 냉각수 히터에 결합된 제1냉각수 펌프; 온도조절 대상물측에 연결되어 냉각수를 압송하며, 상기 냉각수 히터에 결합된 제2냉각수 펌프; 를 포함하고, 상기 냉각수 히터, 제1냉각수 펌프 및 제2냉각수 펌프는 차량의 엔진룸 내부에 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1냉각수 펌프의 냉각수 입구는 상기 냉각수 히터의 냉각수 출구에 연결되며, 상기 제1냉각수 펌프는 높이방향으로 상기 냉각수 히터의 냉각수 출구보다 아래쪽에 배치될 수 있다.
또한, 상기 냉각수 히터의 냉각수 출구와 상기 제1냉각수 펌프의 냉각수 입구를 연결하는 연결 배관을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 냉각수 히터는 냉각수 입구인 입구 파이프 및 냉각수 출구인 출구 파이프가 일측에 형성되고, 상기 제1냉각수 펌프 및 제2냉각수 펌프는 상기 냉각수 히터의 일측에 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1냉각수 펌프의 냉각수 입구인 제1입구 파이프와 상기 제2냉각수 펌프의 냉각수 입구인 제2입구 파이프는 서로 대향되는 면에서 각각 돌출 형성되되, 상기 제1냉각수 펌프의 제1입구 파이프와 상기 제2냉각수 펌프의 제2입구 파이프는 상기 제1입구 파이프 또는 제2입구 파이프의 중심축 방향으로 적어도 일부가 중첩되게 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1입구 파이프 또는 제2입구 파이프의 중심축 방향으로 상기 제1냉각수 펌프의 제1입구 파이프는 상기 제2냉각수 펌프의 본체 및 제2입구 파이프와 중첩되게 배치되며, 상기 제1입구 파이프 또는 제2입구 파이프의 중심축 방향으로 상기 제2냉각수 펌프의 제2입구 파이프는 상기 제1냉각수 펌프의 본체 및 제1입구 파이프와 중첩되게 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1냉각수 펌프의 냉각수 출구인 제1출구 파이프는 높이방향 상측에 형성되고, 상기 제2냉각수 펌프의 냉각수 출구인 제2출구 파이프는 높이방향으로 상기 제1출구 파이프의 반대측에 형성될 수 있다.
또한, 상기 냉각수 히터에는 별도로 형성된 고정 브라켓이 결합되고, 상기 고정 브라켓에는 상기 제1냉각수 펌프가 결합되는 제1고정부 및 상기 제2냉각수 펌프가 결합되는 제2고정부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1고정부는 냉각수 히터에 결합되어 고정된 제1-1고정부 및 상기 제1-1고정부에 결합되어 고정된 제1-2고정부를 포함하며, 상기 제1-1고정부와 제1-2고정부 사이에 제1냉각수 펌프가 배치되어 고정될 수 있다.
또한, 상기 제2고정부는 냉각수 히터에 결합되어 고정된 제2-1고정부 및 상기 제2-1고정부에 결합되어 고정된 제2-2고정부를 포함하며, 상기 제2-1고정부와 제2-2고정부 사이에 제2냉각수 펌프가 배치되어 고정될 수 있다.
또한, 상기 냉각수 히터의 냉각수 입구는 냉매와 냉각수가 서로 열교환되는 수랭식 응축기의 냉각수 출구에 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1냉각수 펌프의 냉각수 출구는 차량의 실내로 공급되는 공기와 열교환되는 히터코어에 연결될 수 있다.
또한, 상기 제2냉각수 펌프의 냉각수 입구는 냉각수를 저장 및 보충할 수 있는 리저버 탱크에 연결되고, 상기 제2냉각수 펌프의 냉각수 출구는 온도조절 대상물측에 연결될 수 있다.
본 발명의 열관리 시스템은 차량의 실내 난방과 전장부품의 냉각 및 가열을 위한 냉각수 시스템을 구성하는 부품들 사이의 거리가 줄어들어 부품들 간을 연결하는 배관에서 냉각수의 압력 손실이 줄어들어 시스템의 성능이 향상되며, 냉각수 시스템의 콤팩트한 구성이 가능한 장점이 있다.
또한, 냉각수 히터와 냉각수 펌프들의 배치 구조를 통해 소음 및 진동의 관리가 용이하며, 차량 실내에서의 소음 및 진동이 감소될 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 냉각수 시스템 및 냉매 시스템을 포함한 열관리 시스템 전체를 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템에서 냉각수 히터, 제1냉각수 펌프 및 제2냉각수 펌프의 결합구조를 나타낸 조립사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템에서 냉각수 히터, 제1냉각수 펌프 및 제2냉각수 펌프의 차량 내 배치 구조를 나타낸 구성도이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템에서 냉각수 히터, 제1냉각수 펌프 및 제2냉각수 펌프의 결합구조를 나타낸 조립사시도, 분해사시도, 정면도, 좌측면도 및 우측면도이다.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 열관리 시스템을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 냉각수 시스템 및 냉매 시스템을 포함한 열관리 시스템 전체를 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템에서 냉각수 히터, 제1냉각수 펌프 및 제2냉각수 펌프의 결합구조를 나타낸 조립사시도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템에서 냉각수 히터, 제1냉각수 펌프 및 제2냉각수 펌프의 차량 내 배치 구조를 나타낸 구성도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 열관리 시스템은 크게 냉각수 히터(430), 제1냉각수 펌프(450) 및 제2냉각수 펌프(340)를 포함하여 구성될 수 있다.
냉각수 히터(430)는 냉각수를 가열하는 장치이며, 냉매와 냉각수가 서로 열교환되는 수랭식 응축기(220)의 냉각수 유동방향 하류에 냉각수 히터(430)가 연결될 수 있다. 그리고 냉각수 히터(430)는 일례로 전기식 히터가 될 수 있으며, 시즈히터 또는 피티씨 히터 등 다양하게 형성될 수 있다.
제1냉각수 펌프(450)는 연결되는 냉각수 라인을 따라 냉각수를 압송하는 펌프이며, 제1냉각수 펌프(450)는 냉각수의 유동방향으로 냉각수 히터(430)의 상류 또는 하류에 연결될 수 있다. 즉, 도시된 바와 같이 제1냉각수 펌프(450)의 냉각수 입구가 냉각수 히터(430)의 냉각수 출구에 연결 배관(433) 등으로 연결될 수 있으며, 도시되지는 않았으나 제1냉각수 펌프(450)의 냉각수 출구가 냉각수 히터(430)의 냉각수 입구에 연결될 수도 있다. 그리고 제1냉각수 펌프(450)는 냉각수 히터(430)의 일측에 결합되어 고정될 수 있다.
제2냉각수 펌프(340)는 연결되는 냉각수 라인을 따라 냉각수를 압송하는 펌프이며, 제2냉각수 펌프(340)는 냉각수의 유동방향으로 온도조절 대상물(350)측의 상류에 연결될 수 있다. 그리고 온도조절 대상물(350)측은 냉각수가 온도조절 대상물(350) 및 칠러(252)를 순환하도록 구성된 냉각 시스템이 될 수 있다. 여기에서 온도조절 대상물(350)은 배터리 등이 될 수 있으며, 칠러(252)는 배터리 칠러일 수 있다.
또한, 제2냉각수 펌프(340)는 냉각수 히터(430)의 일측에 결합되어 고정될 수 있으며, 제2냉각수 펌프(340)는 제1냉각수 펌프(340)와는 이격되어 배치될 수 있다.
그리하여 냉각수 히터(430), 제1냉각수 펌프(450) 및 제2냉각수 펌프(340)는 일체의 모듈 형태로 구성될 수 있다.
여기에서 도 3을 참조하면 냉각수 히터(430), 제1냉각수 펌프(450) 및 제2냉각수 펌프(340)는 차량의 엔진룸(510) 내부에 배치될 수 있다. 즉, 일체의 모듈로 구성된 냉각수 히터(430), 제1냉각수 펌프(450) 및 제2냉각수 펌프(340)는 차량에서 승객이 탑승하는 실내(520)와 구획되어 이격된 공간인 엔진룸(510) 내에 배치될 수 있다. 그리고 차량이 전기자동차인 경우 일반적으로 온도조절 대상물(350)인 배터리가 차량의 실내(520) 위치에 대응되는 외부인 차량의 바닥쪽에 배치되거나 또는 트렁크(530)측에 배치될 수 있다.
이에 따라 본 발명의 열관리 시스템은 차량의 실내 난방과 전장부품의 냉각 및 가열을 위한 냉각수 시스템을 구성하는 부품들 사이의 거리가 줄어들어 부품들 간을 연결하는 배관에서 냉각수의 압력 손실이 줄어들어 시스템의 성능이 향상될 수 있으며, 냉각수 시스템의 콤팩트한 구성이 가능하다.
또한, 냉각수 히터와 냉각수 펌프들의 배치 구조를 통해 소음 및 진동의 관리가 용이하며, 냉각수 펌프들이 차량의 실내로부터 멀리 이격된 위치에 배치될 수 있으므로 차량 실내에서의 소음 및 진동이 감소될 수 있다.
또한, 도 1을 참조하면 본 발명의 냉각수 시스템(300) 및 냉매 시스템(200)을 포함한 열관리 시스템은 크게 냉각수가 순환되어 실내를 난방하고 부품들을 냉각 및 가열하는 냉각수 시스템(300), 및 냉매가 순환되어 실내를 냉방하는 냉매 시스템(200)으로 구성될 수 있다. 그리고 냉각수 시스템(300)은 실내 난방을 위한 난방라인(301) 및 온도조절 대상물(350, 360)의 냉각과 가열을 위한 냉각라인(302)으로 구성될 수 있다.
여기에서 본 발명의 냉각수 시스템(300)의 난방라인(301)은 수랭식 응축기(220), 냉각수 히터(430), 제1냉각수 펌프(450), 히터코어(440) 및 제1방향전환밸브(410)를 포함할 수 있다.
수랭식 응축기(220)는 냉매 및 냉각수가 통과하면서 서로 열교환될 수 있다. 냉각수 히터(430)는 냉각수를 가열하는 장치이며, 냉각수의 유동방향으로 수랭식 응축기(220)의 후방 및 제1냉각수 펌프(450)의 상류에 배치되어 연결될 수 있다. 제1냉각수 펌프(450)는 난방라인(301)을 따라 냉각수가 순환되도록 냉각수를 압송하는 수단이며, 제1냉각수 펌프(450)는 냉각수의 유동 방향으로 냉각수 히터(430)의 하류 및 히터코어(440)의 상류에 배치되어 냉각수라인 상에 설치될 수 있다. 히터코어(440)는 차량의 공조장치(150) 내에 배치될 수 있으며, 히터코어(440)는 냉각수의 유동 방향으로 냉각수 히터(430)의 하류에 배치되어 연결될 수 있다. 제1방향전환밸브(410)는 히터코어(440)와 수랭식 응축기(220)의 사이에 설치될 수 있으며, 난방라인(301)과 이후에 설명할 냉각라인(302)을 선택적으로 연결하거나 연결을 차단하도록 구성될 수 있다. 보다 상세하게 제1방향전환밸브(410)는 난방라인(301) 상에 설치되어 2개의 냉각수라인 배관이 제1방향전환밸브(410)에 연결되고, 냉각라인(302)의 일측에서 분기된 1개의 제1연결라인(302-1)이 제1방향전환밸브(410)에 연결되며, 냉각라인(302)의 타측에서 분기된 1개의 제2연결라인(302-2)이 제1방향전환밸브(410)에 연결될 수 있다. 즉, 제1방향전환밸브(410)에서는 4개의 냉각수 라인이 만나도록 연결되며, 제1방향전환밸브(410)는 4개의 냉각수 라인들이 서로 연결되거나 차단된 상태를 조절할 수 있는 4방향의 방향전환밸브가 될 수 있다.
또한, 냉각수 시스템(300)에서 냉각라인(302)은 라디에이터(310), 리저버 탱크(370), 제2방향전환밸브(320), 제3냉각수 펌프(420), 제1방향전환밸브(410), 온도조절 대상물(460), 제1냉각수 조인트(313), 제2냉각수 조인트(312), 제2냉각수 펌프(340), 온도조절 대상물(350), 칠러(252) 및 제3방향전환밸브(330)를 포함할 수 있다. 라디에이터(310)는 온도조절 대상물(350, 460)과 열교환된 냉각수를 냉각시키는 열교환기이며, 라디에이터(310)는 냉각팬(311)에 의해 공랭식으로 냉각될 수 있다. 리저버 탱크(370)는 냉각수를 저장 및 냉각수라인 상에 부족한 냉각수를 보충하는 역할을 하며, 리저버 탱크(370)는 냉각수의 유동방향으로 제3냉각수 펌프(420) 및 제2냉각수 펌프(340) 상류의 냉각수라인 상에 설치될 수 있다. 제2방향전환밸브(320)는 냉각라인(302) 상에 설치되어 2개의 냉각수 배관이 제2방향전환밸브(320)에 연결되고, 난방라인(301)과 냉각라인(302)이 연결되도록 제1방향전환밸브(410)와 제2방향전환밸브(320)가 제1연결라인(302-1)으로 연결될 수 있다. 즉, 제2방향전환밸브(320)는 3개의 냉각수라인이 만나도록 연결되며, 제2방향전환밸브(320)는 3개의 냉각수라인들이 서로 연결되거나 차단된 상태를 조절할 수 있는 3방향의 방향전환밸브가 될 수 있다. 제3냉각수 펌프(420)는 냉각라인(302)을 따라 냉각수가 순환되도록 냉각수를 압송하는 수단이다. 그리고 제3냉각수 펌프(420)는 제1방향전환밸브(410)와 제2방향전환밸브(320) 사이의 제1연결라인(302-1) 상에 설치되어, 제3냉각수 펌프(420)의 작동에 의해 제2방향전환밸브(320)에서 제1방향전환밸브(410)쪽으로 냉각수가 흐를 수 있다. 제1방향전환밸브(410)는 상기한 난방라인(301)에서 설명한 바와 같다. 온도조절 대상물(460)은 제1방향전환밸브(410)와 제2냉각수 조인트(312)를 연결하는 제2연결라인(302-2) 상에 배치되어, 냉각수에 의해 전장부품(460)이 냉각될 수 있다. 그리고 온도조절 대상물(460)은 구동 모터, 인버터, 충전기(OBC; On Board Charger) 등이 될 수 있다. 제2냉각수 펌프(340)는 냉각라인(302)을 따라 냉각수가 순환되도록 냉각수를 압송하는 수단이다. 그리고 제2냉각수 펌프(340)는 제1냉각수 조인트(313)와 온도조절 대상물(350) 사이의 냉각수라인에 설치되어, 제2냉각수 펌프(340)에서 온도조절 대상물(350)쪽으로 냉각수가 흐를 수 있다. 온도조절 대상물(350)인 배터리는 차량의 동력원이며, 차량 내 각종 전장부품의 구동원이 될 수 있다. 또는 배터리는 연료전지와 연결되어 전기를 저장하는 역할을 하거나, 외부에서 공급되는 전기를 저장하는 역할을 할 수 있다. 그리고 온도조절 대상물(350)은 제2냉각수 펌프(340)와 제3방향전환밸브(330) 사이의 냉각수라인 상에 배치될 수 있다. 그리하여 유동되는 냉각수와 열교환되어 온도조절 대상물(350)이 냉각되거나 가열될 수 있다. 제1냉각수 조인트(313)는 냉각수의 유동방향으로 제2방향전환밸브(320)의 하류의 냉각수라인에 설치되며, 제1냉각수 조인트(313)는 3개의 냉각수라인이 만나도록 연결된다. 즉, 제1냉각수 조인트(313)는 냉각라인(302) 상에 양측이 연결되도록 설치되며, 하측에는 제3연결라인(302-3)이 연결될 수 있다. 여기에서 제3연결라인(302-3)은 칠러(252)를 통과하도록 연결될 수 있다. 제2냉각수 조인트(312)는 제2연결라인(302-2)의 하류측이 냉각라인(302)과 만나는 지점에 설치될 수 있으며, 제2냉각수 조인트(312)에서 3개의 냉각수라인이 만나도록 연결된다. 즉, 제2냉각수 조인트(312)는 냉각라인(302) 상에 양측이 연결되도록 설치되며, 상측에는 제2연결라인(302-2)이 연결될 수 있다. 칠러(252)는 상기한 난방라인(301)에서 설명한 바와 같다. 제3방향전환밸브(330)는 온도조절 대상물(350)과 제2냉각수 조인트(312) 사이의 냉각수라인 상에 설치되며, 2개의 냉각수 배관이 제3방향전환밸브(330)에 연결되고, 제3방향전환밸브(330)의 상측에 제3연결라인(302-3)이 연결되어 온도조절 대상물(350)과 제3연결라인(302-3)이 병렬로 연결되도록 구성될 수 있다. 이때, 제2방향전환밸브(320)는 3개의 냉각수라인들이 서로 연결되거나 차단된 상태를 조절할 수 있는 3방향의 방향전환밸브가 될 수 있다.
그리고 냉매 시스템(200)은 압축기(210), 수랭식 응축기(220), 제1팽창밸브(225), 공랭식 응축기(230), 제1연결 블록(270), 제2팽창밸브(240), 증발기(242), 냉매 열교환기(233), 어큐뮬레이터(260), 제3팽창밸브(251) 및 칠러(252)를 포함할 수 있다.
압축기(210)는 전력을 공급받아 구동되는 전동 압축기일 수 있으며, 냉매를 흡입 및 압축하여 수랭식 응축기(220)쪽으로 토출하는 역할을 한다. 수랭식 응축기(220)는 압축기(210)에서 토출된 냉매를 냉각수와 열교환시켜 액상 냉매로 응축하여 제1팽창밸브(225)쪽으로 보내는 역할을 한다. 제1팽창밸브(225)는 냉매를 교축하거나 바이패스 시키거나 냉매의 흐름을 차단하는 역할을 할 수 있으며, 냉매의 유동 방향으로 수랭식 응축기(220)의 하류에 배치될 수 있다. 공랭식 응축기(230)는 응축기 또는 증발기 역할을 하며, 제1팽창밸브(225)의 역할에 따라 공랭식 응축기(230)의 기능이 가변될 수 있다. 즉, 냉매 시스템(200)이 에어컨 루프로 사용되는 경우 제1팽창밸브(225)는 완전 개방되어 냉매를 통과시키고 공랭식 응축기(230)는 수랭식 응축기(220)와 함께 응축기의 역할을 하며, 냉매 시스템(200)이 히트펌프 루프로 사용되는 경우 제1팽창밸브(225)에서는 냉매를 교축하며 공랭식 응축기(230)는 증발기 역할을 한다. 그리고 공랭식 응축기(230)는 외부 공기에 의해 공랭식으로 냉각 또는 가열될 수 있다. 제1연결 블록(270)은 냉매의 유동방향으로 공랭식 응축기(230)의 하류측에 형성될 수 있고, 제1연결 블록(270)은 제1포트, 제2포트 및 제3포트가 형성되어 내부를 통과하는 유로를 통해 상기한 3개의 포트들이 서로 연통된다. 그리하여 제1연결 블록(270)에서 2개의 냉매라인으로 분기되어 하나의 냉매라인은 증발기(242)와 연결되고 다른 하나의 냉매라인은 칠러(252)와 연결되도록 구성될 수 있다. 제2팽창밸브(240) 및 제3팽창밸브(251)는 냉매를 교축하거나 통과시키거나 냉매의 흐름을 차단하는 역할을 할 수 있다. 그리고 제2팽창밸브(240) 및 제3팽창밸브(251)는 병렬로 구성될 수 있다. 즉, 제1연결 블록(270)에서 두 개의 냉매라인으로 분기된 냉매라인 중 하나의 냉매라인에 제2팽창밸브(240)가 연결되고 다른 하나의 냉매라인에 제3팽창밸브(251)가 연결될 수 있다. 이때, 제2팽창밸브(240)는 냉매의 유동방향으로 증발기(242)의 상류에 배치되고 제3팽창밸브(251)는 칠러(252)의 상류에 배치될 수 있다. 증발기(242)는 냉매의 유동방향으로 제2팽창밸브(240)의 하류에 배치되며, 차량의 공조장치(150) 내부에 구비되어 공조장치의 송풍기(152)에 의해 유동되는 공기가 증발기(242)를 거치며 냉각되어 차량의 실내로 공급되어 차량의 실내 냉방에 이용될 수 있다. 냉매 열교환기(233)는 제2팽창밸브(240)로 유입되는 냉매와 증발기(242)에서 배출되는 냉매를 상호 열교환시켜 냉방 성능을 향상시키는 역할을 한다. 여기에서 냉매 열교환기(233)는 제1연결 블록(270)과 제2팽창밸브(240)를 연결하는 냉매라인이 통과하고, 증발기(242)와 어큐뮬레이터(260)를 연결하는 냉매라인이 통과하도록 구성되어, 제2팽창밸브(240)로 유입되기 전의 냉매와 증발기(242)를 통과한 후의 냉매가 냉매 열교환기(233)에서 서로 열교환이 일어날 수 있다. 그리하여 냉매 열교환기(233)에 의해 제2팽창밸브(240)로 유입되기 전에 냉매는 더욱 냉각될 수 있으며, 증발기(242)를 통한 냉방 성능이 향상됨과 동시에 냉매 시스템의 효율이 향상될 수 있다. 칠러(252)는 냉매의 유동방향으로 제3팽창밸브(251)의 하류에 배치되며, 냉각수와 열교환되어 냉각수가 냉각될 수 있다. 그리하여 제2팽창밸브(240)와 증발기(242)가 한 조를 이루고 제3팽창밸브(251)와 칠러(252)가 다른 한 조를 이루어, 두 조가 냉매라인 상에서 병렬로 구성된다. 또한, 냉매 유동방향으로 증발기(242)와 칠러(252)의 후방쪽은 냉매라인이 합류되어 하나의 냉매라인으로 형성될 수 있다. 어큐뮬레이터(260)는 냉매 중 액상 냉매와 기상 냉매를 분리하여 기상 냉매만 압축기(210)로 공급할 수 있다. 여기에서 증발기(242)의 후방측과 칠러(252)의 하류측 냉매라인이 합류된 지점에 어큐뮬레이터(260)가 배치되어 연결되며, 어큐뮬레이터(260)는 냉매 유동방향으로 압축기(210)의 상류에 배치될 수 있다.
또한, 공조장치(150)는 공기를 송풍시킬 수 있도록 일측에 송풍기(152)가 설치되어 있으며, 공조장치(150)의 내부에는 온도조절도어(151)가 설치될 수 있다. 또한, 공조장치 내에 배치된 증발기(242) 및 히터코어(440)는 온도조절도어(151)의 작동에 따라 송풍기(152)에서 토출된 공기가 증발기(242)만을 거친 후 실내로 유입되도록 하거나, 증발기(242)를 거친 후 히터코어(440)를 통과하여 실내로 유입될 수 있도록 배치 및 구성될 수 있다.
이하 앞에서 설명한 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 구성에 대해 보다 상세히 설명한다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템에서 냉각수 히터, 제1냉각수 펌프 및 제2냉각수 펌프의 결합구조를 나타낸 조립사시도, 분해사시도, 정면도, 좌측면도 및 우측면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 냉각수 히터(430)는 입구 파이프(431)를 통해 유입된 냉각수가 몸체의 내부를 따라 유동되면서 가열된 후 출구 파이프(432)를 통해 배출될 수 있는 냉각수 가열 수단이다. 냉각수 히터(430)는 몸체가 직육면체 형태로 형성될 수 있으며, 몸체의 폭방향 전면에서 냉각수가 유입되는 입구 파이프(431) 및 냉각수가 배출되는 출구 파이프(432)가 폭방향 일측인 전방으로 돌출된 형태로 형성될 수 있다. 그리고 높이방향으로 입구 파이프(431) 및 출구 파이프(432)는 냉각수 히터(430)의 상측에 형성될 수 있으며, 길이방향으로 입구 파이프(431)와 출구 파이프(432)가 이격되어 배치될 수 있다. 또한, 냉각수 히터(430)에는 별도로 형성된 고정 브라켓(434)이 결합되고, 각각 별도로 형성된 제1고정부(435) 및 제2고정부(436)가 고정 브라켓(434)에 더 결합될 수 있다. 이때, 냉각수 히터(430)에 고정 브라켓(434)이 결합되고 고정 브라켓(434)에 제1고정부(435) 및 제2고정부(436)가 결합된 상태에서, 높이방향 및 길이방향으로 제1고정부(435)는 냉각수 히터(430)의 입구 파이프(431) 하측에 배치되며, 제2고정부(436)는 냉각수 히터(430)의 출구 파이프(432) 하측에 배치될 수 있다. 또한, 제2고정부(436)는 높이방향으로 제1고정부(435) 보다 하측에 배치될 수 있다.
제1냉각수 펌프(450)는 냉각수를 압송하는 수단이며, 제1냉각수 펌프(450)는 냉각수가 유입되는 제1입구 파이프(451) 및 내부에서 승압된 후 냉각수가 배출되는 제1출구 파이프(452)가 형성될 수 있다. 제1냉각수 펌프(450)는 체결수단 등을 이용해 제1고정부(435)에 결합되어 고정되며, 제1냉각수 펌프(450)는 폭방향으로 냉각수 히터(430)의 전방에 배치되되, 제1냉각수 펌프(450)의 제1입구 파이프(451)는 냉각수 히터(430)의 출구 파이프(432)보다 높이방향으로 아래쪽에 배치될 수 있다. 또한, 제1냉각수 펌프(450)의 제1입구 파이프(451)는 제1냉각수 펌프(450)의 길이방향 우측면에서 길이방향 우측을 향해 돌출 형성되고, 제1출구 파이프(452)는 제1냉각수 펌프(450)의 폭방향 앞쪽에서 높이방향 상측을 향해 연장 형성될 수 있다.
연결 배관(433)은 냉각수 히터(430)의 출구 파이프(432)와 제1냉각수 펌프(450)의 제1입구 파이프(451)를 연결하며, 연결 배관(433)은 용이한 연결을 위해 유연성이 있는 호스 등이 될 수 있다.
제2냉각수 펌프(340) 역시 냉각수를 압송하는 수단이며, 제2냉각수 펌프(340)는 냉각수가 유입되는 제2입구 파이프(341) 및 내부에서 승압된 후 냉각수가 배출되는 제2출구 파이프(342)가 형성될 수 있다. 제2냉각수 펌프(340)는 제2고정부(436)에 체결수단 등을 이용해 결합되어 고정되며, 제2냉각수 펌프(340)는 냉각수 히터(430)의 폭방향 일측인 전방에 배치되되 높이방향으로 냉각수 히터(430)의 하면보다 아래쪽에 제2냉각수 펌프(340)가 배치될 수 있다. 또한, 제2냉각수 펌프(340)의 제2입구 파이프(341)는 제2냉각수 펌프(340)의 길이방향 좌측면에서 길이방향 좌측을 향해 돌출 형성되고, 제2출구 파이프(342)는 제2냉각수 펌프(340)의 높이방향 아래쪽에서 폭방향 후방을 향해 연장 형성될 수 있다.
여기에서 제1냉각수 펌프(450)의 제1입구 파이프(451)와 제2냉각수 펌프(340)의 제2입구 파이프(341)는 길이방향으로 서로 중첩되게 배치되며, 일례로 도시된 바와 같이 제1냉각수 펌프(450)의 제1입구 파이프(451)와 제2냉각수 펌프(340)의 제2입구 파이프(341)는 높이방향으로 서로 이격되게 배치될 수 있다. 또한, 제1냉각수 펌프(450)의 제1입구 파이프(451)가 제2냉각수 펌프(340)의 본체 및 제2입구 파이프(341)와 길이방향으로 중첩되게 배치되며, 제2냉각수 펌프(340)의 제2입구 파이프(341)가 제1냉각수 펌프(450)의 본체 및 제1입구 파이프(451)와 길이방향으로 중첩되게 배치될 수도 있다.
이에 따라 제1냉각수 펌프(450)와 제2냉각수 펌프(340)가 길이방향으로 좌측과 우측에 배치되되, 제1냉각수 펌프(450)의 좌측단에서부터 제2냉각수 펌프(340)의 우측단까지의 길이를 최대한 짧게 형성할 수 있어 냉각수 시스템의 콤팩트한 구성이 가능하게 된다. 그리고 냉각수 히터(430)의 폭방향 전방쪽에 냉각수 히터(430)의 입구 파이프(431), 출구 파이프(432), 제1냉각수 펌프(450) 및 제2냉각수 펌프(340)가 모두 배치되며, 폭방향으로 제1냉각수 펌프(450)와 제2냉각수 펌프(340)가 중첩되게 배치될 수 있으므로, 콤팩트한 냉각수 시스템을 구성할 수 있다. 또한, 냉각수 히터(430)의 출구 파이프(432)와 제1냉각수 펌프(450)의 제1입구 파이프(451) 간의 거리가 상대적으로 가깝게 배치될 수 있어, 연결 배관(433)의 길이도 짧게 형성할 수 있으며, 냉각수 히터(430)에서 제1냉각수 펌프(450)쪽으로 냉각수가 원활하게 흐를 수 있다.
또한, 제1냉각수 펌프(450)의 냉각수 출구인 제1출구 파이프(452)는 높이방향의 상측에 형성되되, 제1출구 파이프(452)는 폭방향 전방쪽에서 상측을 향해 연장된 형태로 형성될 수 있다. 그리고 제2냉각수 펌프(340)의 제2출구 파이프(342)는 제1냉각수 펌프(450)의 제1출구 파이프(452) 반대측에 형성되되, 제2출구 파이프(342)는 제2냉각수 펌프(340)의 높이방향 아래쪽에서 폭방향 후방쪽을 향해 연장된 형태로 형성될 수 있다. 그리하여 제1냉각수 펌프(450)의 제1출구 파이프(452)와 제2냉각수 펌프(340)의 제2출구 파이프(342)가 서로 먼쪽에서 다른 방향을 향해 형성되어 있어, 냉각수 펌프들의 콤팩트한 배치가 가능하며 출구 파이프들에 배관의 연결을 용이하게 할 수 있다.
또한, 제1고정부(435)는 제1-1고정부(435-1) 및 제1-2고정부(435-2)를 포함할 수 있으며, 제1-1고정부(435-1)는 냉각수 히터(430)에 결합된 고정 브라켓(434)에 볼트 등의 체결수단으로 결합되어 고정될 수 있으며, 제1-2고정부(435-2)는 제1-1고정부(435-1)에 볼트 등의 체결수단으로 결합되어 고정될 수 있다. 그리고 제1-1고정부(435-1)와 제1-2고정부(435-2) 사이에 제1냉각수 펌프(450)가 개재되어 고정될 수 있다. 여기에서 제1냉각수 펌프(450)는 일반적으로 몸체가 원통형으로 형성되므로 제1-1고정부(435-1)의 전면 및 제1-2고정부(435-2)의 후면이 오목하게 형성되어, 제1-1고정부(435-1)와 제1-2고정부(435-2)가 제1냉각수 펌프(450)를 감싸는 형태로 제1냉각수 펌프(450)가 제1고정부(435)에 고정될 수 있다.
마찬가지로 제2고정부(436)도 제2-1고정부(436-1) 및 제2-2고정부(436-2)를 포함할 수 있으며, 제2-1고정부(436-1)는 냉각수 히터(430)에 결합된 고정 브라켓(434)에 볼트 등의 체결수단으로 결합되어 고정될 수 있으며, 제2-2고정부(436-2)는 제2-1고정부(436-1)에 볼트 등의 체결수단으로 결합되어 고정될 수 있다. 그리고 제2-1고정부(436-1)와 제2-2고정부(436-2) 사이에 제2냉각수 펌프(340)가 개재되어 고정될 수 있다. 여기에서 제2냉각수 펌프(340)도 몸체가 원통형으로 형성되므로 제2-1고정부(436-1)의 전면 및 제2-2고정부(436-2)의 후면이 오목하게 형성되어, 제2-1고정부(436-1)와 제2-2고정부(436-2)가 제2냉각수 펌프(340)를 감싸는 형태로 제2냉각수 펌프(340)가 제2고정부(436)에 고정될 수 있다.
또한, 제1냉각수 펌프(450)의 제1입구 파이프(451)는 폭방향 및 높이방향으로 제2고정부(436)와 중첩되지 않게 배치되며, 제2냉각수 펌프(340)의 제2입구 파이프(341)는 폭방향 및 높이방향으로 제1고정부(435)와 중첩되지 않게 배치될 수 있다. 즉, 도시된 바와 같이 길이방향으로 좌측에서 바라보았을 때 제1고정부(435)가 제2냉각수 펌프(340)의 제2입구 파이프(341)를 가리지 않도록 형성되어, 호스 또는 배관을 제2냉각수 펌프(340)의 제2입구 파이프(341)에 길이방향으로 용이하게 연결할 수 있다. 마찬가지로 길이방향으로 우측에서 바라보았을 때 제2고정부(436)가 제1냉각수 펌프(450)의 제1입구 파이프(451)를 가리지 않도록 형성되어, 연결 배관(433)을 제1냉각수 펌프(450)의 제1입구 파이프(451)에 길이방향으로 용이하게 연결할 수 있다.
이에 따라 본 발명의 냉각수 시스템은 차량의 실내 난방과 전장부품의 냉각 및 가열을 위한 냉각수 시스템을 구성하는 부품들 사이의 거리가 줄어들어 부품들 간을 연결하는 배관에서 냉매의 압력 손실이 감소하고 시스템의 성능이 향상되며, 냉각수 시스템의 컴팩트한 구성이 가능하며, 냉각수 시스템을 구성하는 부품들의 조립성이 향상될 수 있다.
또한, 냉각수 히터(430), 제1냉각수 펌프(450) 및 제2냉각수 펌프(340)가 결합되어 고정되어 있는 고정 브라켓(434)의 단부들이 차량의 차체 또는 주변의 부품들에 결합되어 견고하게 고정될 수 있다.
그리고 냉각수 히터(430)의 입구 파이프(431)는 수랭식 응축기(220)의 냉각수 출구에 연결될 수 있다. 또한, 제1냉각수 펌프(450)의 제1출구 파이프(452)는 히터코어(440)에 연결되어, 냉각수 히터(430)에서 가열된 냉각수가 제1냉각수 펌프(450)를 거쳐 히터코어(440)로 공급되어 동절기에 난방에 이용될 수 있다. 이때, 히터코어(440)를 거친 냉각수는 전장부품(460)을 통과하면서 전장부품(460)을 가열할 수도 있다. 또한, 제2냉각수 펌프(340)의 제2입구 파이프(341)는 리저버 탱크(370)에 연결되고, 제2냉각수 펌프(340)의 제2출구 파이프(342)는 온도조절 대상물(350)측에 연결되어, 냉각수를 이용해 온도조절 대상물(350)을 냉각하거나 가열할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다. 예를 들어, 상기 실시예에서 공조장치(150)는 실내(520)에 배치되는 것으로 서술하였으나, 공조장치(150)가 엔진룸(510)에 배치될 수도 있다. 전기 자동차의 경우 엔진룸(510)에 엔진이 없기 때문에 공조장치(150)를 엔진룸(510)에 구비하여도 엔진룸(510) 공간 활용에 문제가 없으며, 오히려 실내(520)에서 공조장치(150)를 제거할 수 있어서 실내(520)를 더욱 넉넉하게 활용할 수 있는 이점이 있다. 물론, 공조장치(150)를 엔진룸(510)에 배치하여도 공조장치(150)와 실내(520)를 연결하는 덕트는 구비되어야 한다.
150 : 공조장치 151 : 온도조절도어
152 : 송풍기
200 : 냉매 시스템 210 : 압축기
220 : 수랭식 응축기 225 : 제1팽창밸브
230 : 공랭식 응축기 233 : 냉매 열교환기
240 : 제2팽창밸브 242 : 증발기
251 : 제3팽창밸브 252 : 칠러
260 : 어큐뮬레이터 270 : 제1연결 블록
300 : 냉각수 시스템 301 : 난방라인
302 : 냉각라인 302-1 : 제1연결라인
302-2 : 제2연결라인 302-3 : 제3연결라인
310 : 라디에이터 311 : 냉각팬
312 : 제2냉각수 조인트 313 : 제1냉각수 조인트
320 : 제2방향전환밸브 330 : 제3방향전환밸브
340 : 제2냉각수 펌프
341 : 제2입구 파이프 342 : 제2출구 파이프
350 : 온도조절 대상물 370 : 리저버 탱크
410 : 제1방향전환밸브 420 : 제3냉각수 펌프
430 : 냉각수 히터
431 : 입구 파이프 432 : 출구 파이프
433 : 연결 배관 434 : 고정 브라켓
435 : 제1고정부
435-1 : 제1-1고정부 435-2 : 제1-2고정부
436 : 제2고정부
436-1 : 제2-1고정부 436-2 : 제2-2고정부
440 : 히터코어 450 : 제1냉각수 펌프
451 : 제1입구 파이프 452 : 제1출구 파이프
460 : 온도조절 대상물
510 : 엔진룸 520 : 실내
530 : 트렁크

Claims (13)

  1. 냉각수를 가열하는 냉각수 히터;
    상기 냉각수 히터의 냉각수 입구 또는 냉각수 출구에 연결되어 냉각수를 압송하며, 상기 냉각수 히터에 결합된 제1냉각수 펌프;
    온도조절 대상물측에 연결되어 냉각수를 압송하며, 상기 냉각수 히터에 결합된 제2냉각수 펌프; 를 포함하고,
    상기 냉각수 히터, 제1냉각수 펌프 및 제2냉각수 펌프는 차량의 엔진룸 내부에 배치되며,
    상기 냉각수 히터는 냉각수 입구인 입구 파이프 및 냉각수 출구인 출구 파이프가 일측에 형성되고,
    상기 제1냉각수 펌프 및 제2냉각수 펌프는 상기 냉각수 히터의 일측에 배치되며,
    상기 제1냉각수 펌프의 냉각수 입구인 제1입구 파이프와 상기 제2냉각수 펌프의 냉각수 입구인 제2입구 파이프는 서로 대향되는 면에서 각각 돌출 형성되되,
    상기 제1냉각수 펌프의 제1입구 파이프와 상기 제2냉각수 펌프의 제2입구 파이프는 상기 제1입구 파이프 또는 제2입구 파이프의 중심축 방향으로 적어도 일부가 중첩되게 배치된 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1냉각수 펌프의 냉각수 입구는 상기 냉각수 히터의 냉각수 출구에 연결되며, 상기 제1냉각수 펌프는 높이방향으로 상기 냉각수 히터의 냉각수 출구보다 아래쪽에 배치된 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 냉각수 히터의 냉각수 출구와 상기 제1냉각수 펌프의 냉각수 입구를 연결하는 연결 배관을 더 포함하는 열관리 시스템.
  4. 삭제
  5. 냉각수를 가열하는 냉각수 히터;
    상기 냉각수 히터의 냉각수 입구 또는 냉각수 출구에 연결되어 냉각수를 압송하며, 상기 냉각수 히터에 결합된 제1냉각수 펌프;
    온도조절 대상물측에 연결되어 냉각수를 압송하며, 상기 냉각수 히터에 결합된 제2냉각수 펌프; 를 포함하고,
    상기 냉각수 히터, 제1냉각수 펌프 및 제2냉각수 펌프는 차량의 엔진룸 내부에 배치되며,
    상기 냉각수 히터는 냉각수 입구인 입구 파이프 및 냉각수 출구인 출구 파이프가 일측에 형성되고,
    상기 제1냉각수 펌프 및 제2냉각수 펌프는 상기 냉각수 히터의 일측에 배치되며,
    상기 제1냉각수 펌프의 냉각수 출구인 제1출구 파이프는 높이방향 상측에 형성되고, 상기 제2냉각수 펌프의 냉각수 출구인 제2출구 파이프는 높이방향으로 상기 제1출구 파이프의 반대측에 형성된 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1입구 파이프 또는 제2입구 파이프의 중심축 방향으로 상기 제1냉각수 펌프의 제1입구 파이프는 상기 제2냉각수 펌프의 본체 및 제2입구 파이프와 중첩되게 배치되며,
    상기 제1입구 파이프 또는 제2입구 파이프의 중심축 방향으로 상기 제2냉각수 펌프의 제2입구 파이프는 상기 제1냉각수 펌프의 본체 및 제1입구 파이프와 중첩되게 배치된 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1냉각수 펌프의 냉각수 출구인 제1출구 파이프는 높이방향 상측에 형성되고, 상기 제2냉각수 펌프의 냉각수 출구인 제2출구 파이프는 높이방향으로 상기 제1출구 파이프의 반대측에 형성된 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 냉각수 히터에는 별도로 형성된 고정 브라켓이 결합되고, 상기 고정 브라켓에는 상기 제1냉각수 펌프가 결합되는 제1고정부 및 상기 제2냉각수 펌프가 결합되는 제2고정부가 형성된 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1고정부는 냉각수 히터에 결합되어 고정된 제1-1고정부 및 상기 제1-1고정부에 결합되어 고정된 제1-2고정부를 포함하며, 상기 제1-1고정부와 제1-2고정부 사이에 제1냉각수 펌프가 배치되어 고정된 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2고정부는 냉각수 히터에 결합되어 고정된 제2-1고정부 및 상기 제2-1고정부에 결합되어 고정된 제2-2고정부를 포함하며, 상기 제2-1고정부와 제2-2고정부 사이에 제2냉각수 펌프가 배치되어 고정된 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 냉각수 히터의 냉각수 입구는 냉매와 냉각수가 서로 열교환되는 수랭식 응축기의 냉각수 출구에 연결되는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1냉각수 펌프의 냉각수 출구는 차량의 실내로 공급되는 공기와 열교환되는 히터코어에 연결되는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제2냉각수 펌프의 냉각수 입구는 냉각수를 저장 및 보충할 수 있는 리저버 탱크에 연결되고, 상기 제2냉각수 펌프의 냉각수 출구는 온도조절 대상물측에 연결된 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
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