KR102205848B1

KR102205848B1 - 쿨링모듈 및 차량용 냉방시스템

Info

Publication number: KR102205848B1
Application number: KR1020140191975A
Authority: KR
Inventors: 최준영; 신현근; 안용남
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2013-12-31
Filing date: 2014-12-29
Publication date: 2021-01-21
Also published as: CN105492232B; DE112014003060B4; JP6196733B2; WO2015102362A1; JP2016531035A; US10005354B2; KR20150079448A; DE112014003060T5; US20160311311A1; CN105492232A

Abstract

본 발명의 쿨링모듈(1000)은 엔진을 냉각하기 위한 제1라디에이터(100); 공기흐름방향으로 상기 제1라디에이터(100) 전측에 위치되며 전장부품을 냉각하기 위한 제2라디에이터(200); 공기흐름방향으로 상기 제2라디에이터(200) 전측에 위치되며 외기와 열교환하여 냉매를 응축하는 제1응축기(300); 및 상기 제2라디에이터(200) 내부에 구비되고 전장부품 냉각수와 열교환하여 냉매를 응축하는 제2응축기(400)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이를 통해, 본 발명의 쿨링모듈(1000)은 고온 고압의 냉매가 수냉식의 제2응축기(400)를 통과한 후, 공랭식의 제1응축기(300)를 통과함으로써 냉매의 냉각 효율을 높여 차량용 냉방시스템(2000)의 효율을 향상할 수 있다.

Description

쿨링모듈 및 차량용 냉방시스템{Cooling module and Cooling System for Vehicles}

본 발명은 쿨링모듈 및 차량용 냉방시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게 제1라디에이터, 제2라디에이터, 제1응축기 및 제2라디에이터 내부의 제2응축기를 포함하여 냉매의 응축 성능을 높여 냉방효율을 향상하고, 압축기의 부하를 줄일 수 있는 쿨링모듈 및 차량용 냉방시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 내연기관이 장착된 차량에서는 엔진의 가동 시 발생하는 열이 실린더 헤드, 피스톤, 밸브 등에 전도되며, 이로 인하여 이 부품들의 온도가 과도하게 높아지면 열팽창이나 열화에 따라 부품의 강도가 떨어지고, 엔진 수명이 단축되며, 연소상태도 나빠져 노킹이나 조기점화가 발생하여 엔진의 출력도 저하된다.

또한, 엔진의 냉각이 불완전하게 이루어지는 경우에는 실린더 내주면의 유막이 끊어지는 등 윤활기능도 저하됨과 아울러 엔진오일이 변질됨으로써 실린더의 이상마모를 일으키게 될 뿐만 아니라 피스톤이 실린더 내벽 면에 융착되는 현상도 발생하게 된다.

한편, 차량에서는 엔진 외에도 모터, 인버터, 배터리 스택 등을 포함하는 전기, 전자 구성품인 전장부품 역시 냉각해야하는 데, 상기 엔진을 통과한 냉각수와 전장부품을 통과한 냉각수는 일정 온도 차이가 발생되어 하나의 냉각 시스템을 갖지 못한다.

도 1은 차량용 냉각 시스템을 나타낸 것으로서, 도 1 (a) 는 엔진 냉각 시스템을, 도 1 (b)는 전장부품 냉각 시스템을 나타내었다.

더욱 상세하게, 상기 엔진 냉각 시스템(10)은 엔진(1)을 냉각하기 위한 냉각수를 순환하는 워터펌프(15), 냉각수를 냉각하는 제1라디에이터(11), 상기 제1라디에이터(11)로 냉각수를 공급하기 위한 제1냉각수저장탱크(13), 및 제1냉각수조절캡(12)을 포함하여 형성된다.

이 때, 상기 엔진 냉각 시스템(10)은 상기 제1라디에이터(11)와, 워터펌프(15), 및 엔진(1)이 제1연결라인(14)을 통해 연결된다.

또, 상기 전장부품 냉각 시스템(20)은 전장부품(2)을 냉각하기 위한 냉각수를 순환하는 워터펌프(25), 및 냉각수를 냉각하는 제2라디에이터(21), 상기 제2라디에이터(21)로 냉각수를 공급하기 위한 제2냉각수저장탱크(23), 및 제2냉각수조절캡(22)을 포함하여 형성된다.

이 때, 상기 전장부품 냉각 시스템(20)은 상기 전장부품(2)이 인버터 및 스타터 겸용 제너레이터를 포함하도록 형성된 예를 도시하였다.

아울러, 상기 전장부품 냉각 시스템(20) 역시 상기 엔진 냉각 시스템(10)과 마찬가지로, 상기 제2라디에이터(21)와, 워터펌프(24), 및 전장부품(2)은 제2연결라인(24)을 통해 연결된다.

이 때, 상기 제1라디에이터(11) 및 제2라디에이터(21)는 응축기(30)와 팬 및 쉬라우드 조립체(40)를 포함하여 쿨링모듈(50)을 구성하며, 주행풍 및 상기 팬 및 쉬라우드 조립체(40)를 통해 유입되는 공기와 열교환된다.

상기 쿨링모듈(50)의 일예를 도 2에 도시하였다.

그러나, 도 2에 도시한 형태의 경우, 제2라디에이터(21)의 형성 영역만큼 응축기(30)의 크기가 줄어들어 충분한 응축 효능을 기대하기 어렵고, 제2라디에이터(21) 역시 내부를 유동하는 냉각수의 양을 충분히 확보하기 어려운 문제점이 있다.

한편, 다른 쿨링모듈(50)로서, 다른 예를 도 3에 도시하였다.

도 3에 도시한 쿨링모듈(50)은 공기 흐름방향으로 응축기(30), 제2라디에이터(21), 및 제1라디에이터(11)가 병렬로 나열된다. 그러나, 도 3에 도시한 형태의 경우, 응축기(30)를 통과하면서 가열된 공기가 제2라디에이터(21)를 통과하게 되므로, 상기 제2라디에이터(21)의 성능에 악영향을 미치게 된다.

또한, 상기 응축기(30)의 부하량에 따라, 상기 제2라디에이터(21)로 공급되는 공기의 온도에 급격한 차이가 발생됨에 따라 안정적인 제2라디에이터(21)의 성능을 확보하기 어려운 문제점이 있다.

이에 따라, 쿨링모듈을 구성하는 제1라디에이터, 제2라디에이터 및 응축기의 각 성능을 충분히 확보할 수 있으면서도, 소형화 가능한 쿨링모듈의 개발이 요구되고 있다.

대한민국공개특허 2013-0012986호(발명의 명칭 : 쿨링모듈 및 그 제어 방법)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 제1라디에이터, 제2라디에이터, 제1응축기 및 제2라디에이터 내부의 제2응축기를 포함하여 냉매의 응축 성능을 높여 냉방효율을 향상하고, 압축기의 부하를 줄일 수 있는 쿨링모듈 및 차량용 냉방시스템을 제공하는 것이다. 특히, 고온 고압의 냉매가 수냉식의 제2응축기를 통과한 후, 공랭식의 제1응축기를 통과함으로써 냉매의 냉각 효율을 높여 차량용 냉방시스템의 효율을 향상하고, 과열 냉매의 비체적을 빠르게 줄여 압축기의 토출압력을 낮출 수 있으며, 이에 따라 압축기의 부하를 줄임으로써 내구성을 높일 수 있고, 냉방을 위해 소모되는 에너지를 절감할 수 있는 쿨링모듈 및 차량용 냉방시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 쿨링모듈은 엔진을 냉각하기 위한 제1라디에이터; 공기흐름방향으로 상기 제1라디에이터 전측에 위치되며 전장부품을 냉각하기 위한 제2라디에이터; 공기흐름방향으로 상기 제2라디에이터 전측에 위치되며 외기와 열교환하여 냉매를 응축하는 제1응축기; 및 상기 제2라디에이터 내부에 구비되고 전장부품 냉각수와 열교환하여 냉매를 응축하는 제2응축기를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이를 통해, 본 발명의 쿨링모듈은 고온 고압의 냉매가 수냉식의 제2응축기를 통과한 후, 공랭식의 제1응축기를 통과함으로써 냉매의 냉각 효율을 높여 차량용 냉방시스템의 효율을 향상할 수 있다.

이 때, 상기 쿨링모듈은 상기 제2응축기로 유입된 냉매가 전장부품 냉각수와 열교환되고, 연결배관을 통해 상기 제1응축기로 유입되며, 공기와 열교환되어 배출된다. 즉, 본 발명의 고온 고압의 냉매를 전장부품 냉각수를 통해 1차로 냉각하고, 외기와 2차로 냉각하여 제1응축기를 통과한 공기의 온도를 더욱 낮출 수 있어 제1라디에이터 및 제2라디에이터의 냉각 성능을 충분히 확보할 수 있다.

또한, 상기 제1라디에이터는, 제1헤더와 제1탱크의 결합에 의해 형성되며, 차량 폭방향으로 일정거리 이격되어 나란하게 구비되는 한 쌍의 제1헤더탱크와, 상기 제1헤더탱크에 양단이 고정되어 엔진 냉각수 유로를 형성하는 제1튜브와, 상기 제1튜브 사이에 개재되는 제1핀을 포함할 수 있다.

또, 상기 제2라디에이터는, 제2헤더와 제2탱크의 결합에 의해 형성되며, 차량 폭방향으로 일정거리 이격되어 나란하게 구비되는 한 쌍의 제2헤더탱크와, 상기 제2헤더탱크에 형성되어 전장부품 냉각수를 유입하는 입구부 및 배출하는 출구부와, 상기 제2헤더탱크에 양단이 고정되어 전장부품 냉각수 유로를 형성하는 제2튜브와, 상기 제2튜브 사이에 개재되는 제2핀을 포함할 수 있다.

이 때, 상기 쿨링모듈은, 상기 제2응축기가 상기 제2헤더탱크의 길이방향으로 길게 형성되되, 차량 높이방향으로 상기 제2응축기 내부의 냉매 흐름과 상기 제2응축기가 구비되는 제2헤더탱크 내부의 전장부품 냉각수 흐름이 서로 반대인 것이 바람직하다. 특히, 상기 쿨링모듈은, 상기 제2라디에이터의 입구부가 상기 제2응축기가 내장되지 않은 제2헤더탱크의 차량 높이방향 상측에 연결되며, 상기 제2응축기로 냉매를 유입하는 제1배관이 차량 높이방향 하측에 위치됨으로써, 배관 구성을 단순화할 수 있으며, 상기 제2응축기 내부의 냉매가 하측에서 상측방향으로 이동되고, 상기 제2응축기가 내장되는 상기 제2헤더탱크 내부의 전장부품 냉각수가 상측에서 하측으로 이동되어 서로 흐름이 반대로 형성되어 열교환효율을 높일 수 있도록 할 수 있다.

또한, 상기 제2응축기는 일정거리 이격되어 냉매를 유입 또는 배출하는 한 쌍의 입출구 보스부와, 상기 한 쌍의 입출구 보스부에 양단이 고정되는 열교환부를 포함하며, 이 때, 상기 제2응축기의 열교환부는 이중관형 또는 판형일 수 있다.

아울러, 상기 제1응축기는, 제3헤더 및 제3탱크의 결합에 의해 형성되며, 차량 폭방향으로 일정거리 이격되어 나란하게 구비되는 한 쌍의 제3헤더탱크와, 상기 제2헤더탱크에 양단이 고정되어 냉매 유로를 형성하는 제3튜브와, 상기 제2튜브 사이에 개재되는 제3핀과, 상기 제2헤더탱크의 일측에 구비되는 기액분리기와, 상기 제2헤더탱크에 형성되어 냉매를 배출하는 제2배관을 포함할 수 있다.

이 때, 상기 쿨링모듈은, 상기 연결배관 및 제2배관이 각각 상기 제2응축기가 구비된 측의 제3헤더탱크 상측 및 하측에 연결되고, 상기 기액분리기가 상기 제2응축기가 구비되지 않은 측의 제3헤더탱크에 연결되어, 냉매의 유입(제1배관), 연결(제1응축기와 제2응축기를 연결하는 연결배관), 배출(제2배관)을 위한 배관들이 차량 폭방향으로 일측에 구비되어 구성을 단순화할 수 있다.

또한, 상기 제1응축기는, 상기 연결배관을 통해 유입된 냉매가 일부 제3튜브를 유동하면서 응축되는 응축영역과, 상기 기액분리기를 통해 기액분리되는 분리영역과, 상기 기액분리기를 통해 분리된 액상 냉매가 나머지 제3튜브를 유동하면서 과냉각되는 과냉각영역을 포함한다.

또, 상기 쿨링모듈은, 차량 폭방향으로 상기 제2라디에이터의 길이가 상기 제1라디에이터 및 제1응축기보다 크게 형성되는 것이 바람직하다. 이를 통해, 본 발명의 쿨링모듈은 3열로서, 각 열교환기(제1라디에이터, 제2라디에이터 및 제1응축기)의 냉각 효율을 높일 수 있으며, 제2응축기의 응축 성능을 확보할 수 있으면서도 차량 길이방향으로 쿨링모듈의 길이를 최소화할 수 있다.

특히, 상기 쿨링모듈은 차량 폭방향으로 상기 한 쌍의 제2헤더 사이에 상기 한 쌍의 제1헤더 및 상기 한 쌍의 제3헤더가 위치되어 제1라디에이터, 제2라디에이터 및 제1응축기의 차량 길이방향으로 가장 두꺼운 각 헤더를 기준으로 제2라디에이터의 제2헤더 사이에 제1라디에이터의 제1헤더 및 제1응축기의 제3헤더가 구비되도록 함으로써 차량 길이방향으로 쿨링모듈의 길이를 최소화할 수 있는 장점이 있다.

더욱이, 상기 쿨링모듈은 차량 폭방향으로 상기 한 쌍의 제2헤더 사이에 상기 기액분리기가 위치될 수 있다.

또한, 상기 제2라디에이터는, 상기 제2응축기가 내장되지 않은 제2헤더탱크 내부를 차량 높이방향으로 상측 및 하측으로 구획하는 배플이 구비되고, 상기 배플에 의해 구획된 상측 및 하측에 각각 상기 입구부 및 출구부가 연결되며, 상기 입구부를 통해 제2헤더탱크 내부로 유입된 전장부품 냉각수가 일부 제2튜브를 통해 상기 제2응축기가 내장된 제2헤더탱크로 이동되고 다시 나머지 제2튜브를 통해 상기 제2응축기가 내장되지 않은 제2헤더탱크로 이동되어 상기 출구부를 통해 배출될 수 있다.

아울러, 상기 제2라디에이터는, 상기 출구부가 상기 응축기가 내장된 제2헤더탱크의 차량 높이방향 하측에 연결되며, 상기 입구부를 통해 제2헤더탱크 내부로 유입된 전장부품 냉각수가 상기 제2튜브를 통해 상기 응축기가 내장된 제2헤더탱크로 이동되어 상기 출구부를 통해 배출될 수 있다.

한편, 본 발명의 차량용 냉방시스템은 냉매를 흡입하여 압축시키는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 냉매를 순차적으로 응축시키며, 상술한 바와 같은 쿨링모듈을 구성하는 제2응축기 및 제1응축기; 상기 제2응축기 및 제1응축기에서 응축된 냉매를 교축시키는 팽창밸브; 및 상기 팽창밸브를 통해 공급된 냉매를 증발시키는 증발기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명의 쿨링모듈 및 차량용 냉방시스템은 제1라디에이터, 제2라디에이터, 제1응축기 및 제2라디에이터 내부의 제2응축기를 포함하여 냉매의 응축 성능을 높여 냉방효율을 향상하고, 압축기의 부하를 줄일 수 있는 쿨링모듈 및 차량용 냉방시스템을 제공하는 것이다. 특히, 고온 고압의 냉매가 수냉식의 제2응축기를 통과한 후, 공랭식의 제1응축기를 통과함으로써 냉매의 냉각 효율을 높여 차량용 냉방시스템의 효율을 향상하고, 과열 냉매의 비체적을 빠르게 줄여 압축기의 토출압력을 낮출 수 있으며, 이에 따라 압축기의 부하를 줄임으로써 내구성을 높일 수 있고, 냉방을 위해 소모되는 에너지를 절감할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 차량용 냉각 시스템.
도 2 및 도 3은 각각 종래의 쿨링모듈을 나타낸 개략도.
도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 쿨링모듈의 사시도, 분해사시도, 종방향 단면개략도, 및 상측방향 평면도.
도 8 및 도 9는 각각 본 발명에 따른 쿨링모듈의 제2응축기를 나타낸 도면.
도 10 및 도 11은 각각 본 발명에 따른 쿨링모듈의 제2라디에이터 내부 흐름을 나타낸 도면.
도 12는 본 발명에 따른 쿨링모듈의 냉매 흐름을 나타낸 도면.
도 13은 본 발명에 따른 차량용 냉방시스템을 나타낸 도면.

이하, 상술한 바와 같은 특징을 갖는 본 발명의 쿨링모듈(1000) 및 차량용 냉방시스템(2000)을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 쿨링모듈(1000)의 사시도, 분해사시도, 종방향 단면개략도, 및 상측방향 평면도이고, 도 8 및 도 9는 각각 본 발명에 따른 쿨링모듈(1000)의 제2응축기(400)를 나타낸 도면이며, 도 10 및 도 11은 각각 본 발명에 따른 쿨링모듈(1000)의 제2라디에이터(200) 내부 흐름을 나타낸 도면이고, 도 12는 본 발명에 따른 쿨링모듈(1000)의 냉매 흐름을 나타낸 도면이며, 도 13은 본 발명에 따른 차량용 냉방시스템(2000)을 나타낸 도면이다.

본 발명의 쿨링모듈(1000)은 제1라디에이터(100), 제2라디에이터(200), 제1응축기(300), 및 제2응축기(400)를 포함한다.

상기 제1라디에이터(100)는 엔진을 냉각하기 위한 구성으로서, 내부에 엔진 냉각수가 유동되어 외기와 열교환된다. 더욱 상세하게, 상기 제1라디에이터(100)는 일정거리 이격되어 나란하게 구비되는 한 쌍의 제1헤더탱크(110)와, 상기 제1헤더탱크(110)에 양단이 고정되어 엔진 냉각수 유로를 형성하는 제1튜브(120)와, 상기 제1튜브(120) 사이에 개재되는 제1핀(130)을 포함한다. 이 때, 상기 한 쌍의 제1헤더탱크(110)는 각각 제1헤더(111)와 제1탱크(112)의 결합에 의해 형성되고, 차량 폭방향으로 일정거리 이격되게 형성된다.

상기 제2라디에이터(200)는 전장부품을 냉각하기 위한 구성으로서, 상기 제2라디에이터(200)는 공기 흐름방향으로 상기 제1라디에이터(100) 전측에 위치되며, 내부에 전장부품 냉각수가 유동되어 외기와 열교환된다. 상기 전장부품은 엔진 외에 모터, 인버터, 배터리 스택 등을 포함하는 전기, 전자 구성품으로서, 이 외에도 엔진보다 낮은 발열온도를 가지며 냉각해야하는 전자 구성품들일 수 있다. 즉, 상기 제2라디에이터(200)는 전기자동차(EV) 또는 하이브리드 자동차(HEV)에 구비될 수 있다. 더욱 상세하게, 상기 제2라디에이터(200)는 일정거리 이격되어 나란하게 구비되는 한 쌍의 제2헤더탱크(210)와, 상기 제2헤더탱크(210)에 형성되어 전장부품 냉각수를 유입하는 입구부(241) 및 배출하는 출구부(242)와, 상기 제2헤더탱크(210)에 양단이 고정되어 전장부품 냉각수 유로를 형성하는 제2튜브(220)와, 상기 제2튜브(220) 사이에 개재되는 제2핀(230)을 포함한다. 상기 한 쌍의 제2헤더탱크(210)는 각각 제2헤더(211)와 제2탱크(212)의 결합에 의해 형성되며, 차량 폭방향으로 일정거리 이격되게 형성된다. 상기 제2헤더(211)는 상기 제2튜브(220)가 삽입되도록 상기 제2튜브(220)에 대응되는 크기로 중공된 튜브삽입홀(미도시)이 형성되고, 상기 제2탱크(212)와 결합되어 내부에 전장부품 냉각수가 유동되는 공간을 형성한다. 이 때, 상기 제2헤더탱크(210) 중 하나에는 상기 제2응축기(400)가 내장되며, 상기 제2응축기(400)가 내장되는 제2헤더탱크(210)의 제2탱크(212)에 상기 제2응축기(400)를 고정하며 상기 제2응축기(400)로 냉매를 공급하고 배출하기 위하여 중공부(212a)가 형성된다.

상기 제1응축기(300)는 공기 흐름방향으로 상기 제2라디에이터(200) 전측에 위치되며 외기와 열교환하여 냉매를 응축한다. 더욱 상세하게, 상기 제1응축기(300)는 일정거리 이격되어 나란하게 구비되는 한 쌍의 제3헤더탱크(310)와, 상기 제3헤더탱크(310)에 양단이 고정되어 냉매 유로를 형성하는 제3튜브(320)와, 상기 제3튜브(320) 사이에 개재되는 제3핀(330)과, 상기 제3헤더탱크(310) 일측에 구비되는 기액분리기(340)를 포함한다. 이 때, 상기 한 쌍의 제3헤더탱크(310)는 차량 폭방향으로 일정거리 이격되며, 제3헤더(311) 및 제3탱크(312)의 결합에 의해 형성된다.

상기 제2응축기(400)는 상기 제2라디에이터(200) 내부에 구비되고, 전장부품 냉각수와 열교환하여 냉매를 응축한다. 더욱 상세하게, 상기 제2응축기(400)는 일정거리 이격되어 각각 냉매를 유입 또는 배출하는 한 쌍의 입출구 보스부(410)와, 상기 입출구 보스부(410)에 양단이 고정되어 내부에 냉매가 이동되는 열교환부(420)를 포함한다. 상기 열교환부(420)는 이중관형 또는 판형일 수 있으며, 상기 도 8은 내관(421) 및 외관(422)을 포함하는 이중관형 열교환기로서, 내관(421)과 외관(422) 사이 공간에 냉매가 유동되는 형태를 나타내었고, 상기 도 9는 플레이트(423)가 적층되는 판형 열교환기를 나타내었다. 이 때, 상기 제2응축기(400)는 상기 제2라디에이터(200)의 제2헤더탱크(210) 내부에 구비되는 바, 상기 제2헤더탱크(210)가 차량 높이방향으로 길게 형성되므로, 상기 제2응축기(400) 역시, 상기 제2헤더탱크(210)의 길이방향(차량 높이방향)으로 길게 형성되어 냉매와 전장부품 냉각수가 열교환되는 면적을 충분히 확보하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 제2응축기(400)는 전장부품 냉각수와 열교환되는 수냉식 열교환기이며, 상기 제1응축기(300)는 외기와 열교환되는 공랭식 열교환기로서, 본 발명의 쿨링모듈(1000)은 상기 제2응축기(400)로 유입된 냉매가 전장부품 냉각수와 열교환되는 제1영역 및 상기 제1영역을 통과한 냉매가 상기 제1응축기(300)로 유입되어 외기와 열교환되는 제2영역을 통과한 후 배출된다. 이에 따라, 본 발명의 쿨링모듈(1000)은 냉매가 1차로 상기 제2응축기(400)에 의해 냉각되고, 2차로 상기 제1응축기(300)에 의해 냉각됨으로써 과열 냉매의 비체적을 빠르게 줄여 냉방 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. 또한, 종래의 공랭식 응축기만 구비되는 형태에 비하여 본 발명의 제1응축기(300)를 통과한 공기의 온도를 더욱 낮출 수 있어 제2라디에이터(200)의 냉각 성능을 더욱 확보할 수 있다.

본 발명의 쿨링모듈(1000)은 열교환면적을 충분히 확보하고, 냉매의 냉각 성능을 높일 수 있도록 차량 폭방향으로 제2라디에이터(200)의 길이(L200)가 상기 제1라디에이터(100)의 길이(L100) 및 제1응축기(300)의 길이(L300)보다 크게 형성되는 것이 바람직하다.(도 7 참조) 즉, 상기 제2응축기(400)가 내장되는 제2라디에이터(200)의 크기를 차량 폭방향으로 가장 크게 형성함으로써 제2응축기(400)의 냉매 응축 성능을 높일 수 있다.

이 때, 차량 길이방향으로의 길이를 최소화할 수 있도록 상기 한 쌍의 제2헤더(211) 사이에 상기 한 쌍의 제1헤더(111) 및 상기 한 쌍의 제3헤더(311)가 위치되도록 하는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 쿨링모듈(1000)은 상기 한 쌍의 제1헤더탱크(110), 한 쌍의 제2헤더탱크(210), 및 한 쌍의 제3헤더탱크(310)가 각각 차량 폭방향으로 일정거리 이격되게 구비되므로, 차량 길이방향으로 각 열교환기의 길이를 결정하는 구성은 제1헤더(111), 제2헤더(211) 및 제3헤더(311)이다. 이에 따라, 본 발명의 쿨링모듈(1000)은 상기 한 쌍의 제2헤더(211) 사이에 상기 한 쌍의 제1헤더(111) 및 상기 한 쌍의 제3헤더(311)가 위치됨으로써, 제1라디에이터(100), 제2라디에이터(200) 및 제1응축기(300)가 차량 길이방향으로 밀착되게 배치될 수 있어 차량 길이방향으로의 폭을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

더 나아가, 본 발명의 쿨링모듈(1000)은 차량 폭방향으로 상기 한 쌍의 제2헤더(211) 사이에 상기 기액분리기(340)가 위치될 수도 있다.

한편, 본 발명의 쿨링모듈(1000)은 공기흐름방향으로 제1응축기(300), 제2라디에이터(200), 및 제1라디에이터(100)가 구비되는 3열의 형태로서, 전장부품 라디에이터와 응축기가 동일한 열에 구비되는 형태의 경우, 코어부(튜브 및 핀) 형성 영역은 2열로 형성됨에 따라 차량 길이방향으로의 길이를 줄일 수 있으나, 전장부품 라디에이터 내부에 수냉식 응축기를 구비하기 위해서는 전장부품 라디에이터의 헤더탱크 크기가 차량 길이방향으로 커질 수밖에 없어 실제적인 전체 길이를 줄이는데 한계가 있다. 즉, 본 발명의 쿨링모듈(1000)은 3열로 형성되어 각 열교환기(제1응축기(300), 제2라디에이터(200), 및 제1라디에이터(100))의 열교환면적을 증대하고, 특히, 제2라디에이터(200) 내부의 제2응축기(400)가 구비되는 공간을 확보할 수 있어 냉매의 냉각 성능을 보다 높일 수 있으며, 차량 길이방향으로 제1응축기(300), 제2라디에이터(200) 및 제1라디에이터(100)가 밀착 배치될 수 있어 차량 길이방향으로의 사이즈를 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명의 쿨링모듈(1000)은 제2응축기(400)가 상기 한 쌍의 제2헤더탱크(210) 중 하나에 구비되고, 상기 제2응축기(400)가 구비되지 않은 제2헤더탱크(210)의 차량 높이방향 상측에 상기 제2라디에이터(200)로 전장부품 냉각수를 유입하기 위한 입구부(241)가 구비되며, 상기 제2응축기(400)로 냉매를 유입하는 제1배관(510)이 상기 제2헤더탱크(210)의 차량 높이방향 하측에 위치되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 제2라디에이터(200)의 일측 제2헤더탱크(210) 내부에 제2응축기(400)가 구비되되, 제2응축기(400) 하측으로 냉매가 공급되어 상측으로 이동되며, 타측 제2헤더탱크(210)(제2응축기(400)가 구비되지 않은 제2헤더탱크(210))의 상측에 입구부(241)가 구비되어 일측 제2헤더탱크(210) 내부에서 전장부품 냉각수가 상측에서 하측으로 이동되도록 한다. 다시 말해, 제2응축기(400)가 구비되는 일측 제2헤더탱크(210) 내부에서 전장부품 냉각수가 상측에서 하측으로 이동되고, 상기 제2응축기(400) 내부의 냉매가 하측에서 상측으로 이동됨으로써 냉매의 냉각효율을 높일 수 있도록 한다.(차량 높이방향으로, 제2응축기(400) 내부의 냉매 흐름과 제2응축기(400)가 내장되는 제2헤더탱크(210) 내부의 전장부품 냉각수 흐름이 서로 반대) 상기 도 10 및 도 11은 상기 제2라디에이터(200) 내부의 전장부품 냉각수 및 냉매 흐름을 나타낸 도면으로서, 전장부품 냉각수의 흐름을 실선으로, 냉매의 흐름을 점선으로 나타내었다. 상기 도 10 및 도 11은 도면 좌측의 제2헤더탱크(210)에 제2응축기(400)가 내장되며, 도면 우측의 제2헤더탱크(210) 상측에 입구부(241)가 형성된 예로서, 상기 도 10은 출구부(242)가 제2응축기(400)가 구비되지 않은 제2헤더탱크(210) 하측에 형성된 예로서, U 플로우 타입의 흐름을 갖는 예를 나타내었다. 또한, 상기 도 11은 출구부(242)가 제2응축기(400)가 구비된 제2헤더탱크(210) 하측에 형성된 예로서, 크로스 플로우 타입의 흐름을 갖는 예를 나타내었다.

먼저, 도 10을 참조로, U 플로우 타입의 전장부품 냉각수 흐름을 살펴본다. 이 경우, 타측 제2헤더탱크(210) 내부에 배플(213)이 구비되어, 상기 입구부(241)를 통해 타측 제2헤더탱크(210) 내부로 유입된 전장부품 냉각수는 일부 제2튜브(220)를 통해 일측 제2헤더탱크(210)로 이동되어 일측 제2헤더탱크(210) 내부의 상측에서 하측으로 이동되고, 나머지 제2튜브(220)를 통해 타측 제2헤더탱크(210)로 이동된 후 상기 출구부(242)를 통해 배출된다. 상기 U 플로우 타입의 제2라디에이터(200)는 타측 제2헤더탱크(210)의 상측 및 하측에 각각 입구부(241) 및 출구부(242)가 구비됨으로써 배관 연결이 용이하도록 하고, 일측 제2헤더탱크(210) 내부 전체를 제2응축기(400)가 구비되는 공간으로 활용할 수 있는 장점이 있다.

상기 도 11에 도시한 크로스 플로우 타입은 상기 입구부(241)를 통해 타측 제2헤더탱크(210) 내부로 유입된 전장부품 냉각수는 제2튜브(220)를 통해 일측 제2헤더탱크(210)로 이동되며 상기 일측 제2헤더탱크(210) 내부의 상측에서 하측으로 이동된 후 출구부(242)를 통해 배출된다.

본 발명의 쿨링모듈(1000)은 도 10 및 도 11에 도시한 형태 외에도, 더욱 다양한 전장부품 냉각수 흐름을 가질 수 있다.

이 때, 본 발명의 쿨링모듈(1000)은 팬 및 쉬라우드 조립체(600)를 포함할 수 있으며, 도 4 내지 도 7에서, 공기흐름방향으로 상기 제1라디에이터(100)의 후측에 구비된 예를 나타내었다.

또한, 본 발명의 쿨링모듈(1000)은 상기 제1배관(510)에 의해 상기 제2응축기(400)의 하측으로 냉매가 공급되며, 상기 제2응축기(400)를 통과한 냉매는 상기 제2응축기(400)와 제1응축기(300)를 연결하기 위한 연결배관(520)에 의해 제1응축기(300)로 유입되고, 상기 제1응축기(300)를 통과한 냉매는 상기 제1응축기(300)에 형성된 제2배관(530)을 통해 배출된다. 이 때, 상기 연결배관(520)은 일측 단부가 상기 제2응축기(400)의 상측과 연결되고, 타측 단부가 차량 폭방향으로 상기 제2응축기(400)가 구비된 측의 제3헤더탱크(310) 상측과 연결되며, 상기 제2배관(530)은 차량 폭방향으로 상기 제2응축기(400)가 구비된 측의 제3헤더탱크(310) 하측에 연결되고, 상기 기액분리기(340)가 상기 제2응축기(400)가 구비되지 않은 측의 제3헤더탱크(310)에 연결되는 것이 바람직하다. 이를 통해, 본 발명의 쿨링모듈(1000)은 냉매의 유입, 연결, 및 배출을 위한 각 배관들이 차량 폭방향으로 제2응축기(400)가 구비된 측에 위치되어 배관 구성을 단순화 할 수 있으며, 그 반대측에 기액분리기(340)가 구비됨으로써 설계를 더욱 용이하게 할 수 있다.

상기 도 12에 도시한 냉매의 흐름을 살펴보면, 상기 제1배관(510)을 통해 상기 제2응축기(400)로 유입된 냉매는 하측에서 상측으로 이동되면서 전장부품 라디에이터와 1차로 열교환된 후, 상기 연결배관(520)을 통해 상기 제1응축기(300)로 유입된다. 상기 연결배관(520)을 통해 유입된 냉매는 일부 제2튜브(220)를 유동하면서 응축되는 응축영역(A1)을 거쳐, 상기 기액분리기(340)로 이동되고, 상기 기액분리기(340)를 통해 기액분리되는 분리영역(A2)을 통과하여 분리된 액상 냉매가 나머지 상기 제3튜브(320)를 유동하면서 과냉각되는 과냉각영역을 거쳐 상기 제2배관(530)을 통해 배출된다. 이 때, 상기 제1응축기(300)의 제3헤더탱크(310) 내부에는 상기 응축영역(A1)과 과냉각영역을 구획하는 배플(미도시)이 구비된다. 본 발명의 쿨링모듈(1000)은 상기 도 12에 도시된 냉매 흐름 외에도, 상기 제1배관(510), 연결배관(520), 제2배관(530)의 위치와 배플의 형성 개수 및 위치를 변경하여 더욱 다양한 흐름을 가질 수 있다.

한편, 본 발명의 차량용 냉방시스템(2000)은 압축기(2100), 상술한 바와 같은 특징을 가지는 제2응축기(400) 및 제1응축기(300), 팽창밸브(2200), 및 증발기(2300)를 포함한다.

상기 압축기(2100)(Compressor)는 동력공급원(엔진 또는 모터 등)으로부터 동력을 전달받아 구동하면서 증발기(2300)에서 토출된 기상 냉매를 흡입, 압축하여 고온 고압의 기체 상태로 상기 제2응축기(400)로 토출하게 된다.

상기 제2응축기(400)로 유입된 냉매는 수냉식으로 1차 냉각된 후, 상기 제1응축기(300)로 이동되어 공랭식으로 2차 냉각된다. 이를 통해, 상기 압축기(2100)에서 토출된 고온 고압의 기상 냉매가 고온 고압의 액체 상태로 응축된다.

상기 팽창밸브(2200)(Expansion Valve)는 상기 제1응축기(300)에서 토출된 고온 고압의 액상 냉매를 교축작용으로 급속히 팽창되어 저온 저압의 습포화 상태로서 상기 증발기(2300)로 토출한다.

상기 증발기(2300)는(Evaporator)는 상기 팽창밸브(2200)에서 교축된 저압의 액상 냉매를 차량 실내 측으로 송풍되는 공기와 열교환시켜 증발시킴으로써 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 차량 실내에 토출되는 공기를 냉각하게 된다.

이를 통해, 본 발명의 차량용 냉방시스템(2000)은 상기 제2응축기(400) 및 제1응축기(300)가 구비됨에 따라 냉방 효율이 증가할 뿐만 아니라, 과열 냉매의 비체적을 빠르게 줄여 압축기(2100)의 토출압력을 낮출 수 있는 효과가 있다. 특히, 냉매를 빠르게 응축하여 과열 냉매의 비체적을 빠르게 줄여 압력손실을 최소화하고, 냉매의 압력강하량을 줄일 수 있어 압축기(2100)의 토출압력을 낮출 수 있다. 또한, 압축기(2100)의 부하를 줄임으로써 내구성을 높일 수 있고, 냉방을 위해 소모되는 에너지를 절감할 수 있다.

본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

1000 : 쿨링모듈
100 : 제1라디에이터
110 : 제1헤더탱크 111 : 제1헤더
112 : 제1탱크
120 : 제1튜브
130 : 제1핀
200 : 제2라디에이터
210 : 제2헤더탱크 211 : 제2헤더
212 : 제2탱크 212a : 중공부
213 : 배플
220 : 제2튜브
230 : 제2핀
241 : 입구부 242 : 출구부
300 : 제1응축기
310 : 제3헤더탱크 311 : 제3헤더
312 : 제3탱크
320 : 제3튜브
330 : 제3핀
340 : 기액분리기
400 : 제2응축기
410 : 입출구 보스부
420 : 열교환부
421 : 내관 422 : 외관
423 : 플레이트
510 : 제1배관
520 : 연결배관
530 : 제2배관
600 : 팬 및 쉬라우드 조립체
A1 : 응축영역 A2 : 분리영역
A3 : 과냉영역
L100 : 제1라디에이터의 차량 폭방향 길이
L200 : 제2라디에이터의 차량 폭방향 길이
L300 : 제1응축기의 차량 폭방향 길이
2000 : 차량용 냉방 시스템
2100 : 압축기
2200 : 팽창밸브
2300 : 증발기

Claims

엔진을 냉각하기 위한 제1라디에이터;
공기흐름방향으로 상기 제1라디에이터 전측에 위치되며 전장부품을 냉각하기 위한 제2라디에이터;
공기흐름방향으로 상기 제2라디에이터 전측에 위치되며 외기와 열교환하여 냉매를 응축하는 제1응축기; 및
상기 제2라디에이터 내부에 구비되고 전장부품 냉각수와 열교환하여 냉매를 응축하는 제2응축기를 포함하고,
상기 제1응축기는,
차량 폭방향으로 일정거리 이격되어 나란하게 구비되는 한 쌍의 제3헤더탱크와,
상기 제3헤더탱크에 양단이 고정되어 냉매 유로를 형성하는 제3튜브와,
상기 제3튜브 사이에 개재되는 제3핀과,
상기 제3헤더탱크의 일측에 구비되는 기액분리기와,
상기 제3헤더탱크에 형성되어 냉매를 배출하는 제2배관을 포함하며,
상기 제1응축기와 상기 제2응축기를 연결하는 연결배관 및 상기 제2배관이 각각 상기 제2응축기가 구비된 측의 제3헤더탱크 상측 및 하측에 연결되고,
상기 기액분리기가 상기 제2응축기가 구비되지 않은 측의 제3헤더탱크에 연결되는 것을 특징으로 하는 쿨링모듈.
제1항에 있어서,
상기 쿨링모듈은 상기 제2응축기로 유입된 냉매가 전장부품 냉각수와 열교환되고, 연결배관을 통해 상기 제1응축기로 유입되며, 공기와 열교환되어 배출되는 것을 특징으로 하는 쿨링모듈.
제2항에 있어서,
상기 제1라디에이터는,
제1헤더와 제1탱크의 결합에 의해 형성되며, 차량 폭방향으로 일정거리 이격되어 나란하게 구비되는 한 쌍의 제1헤더탱크와,
상기 제1헤더탱크에 양단이 고정되어 엔진 냉각수 유로를 형성하는 제1튜브와,
상기 제1튜브 사이에 개재되는 제1핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 쿨링모듈.
제3항에 있어서,
상기 제2라디에이터는,
제2헤더와 제2탱크의 결합에 의해 형성되며, 차량 폭방향으로 일정거리 이격되어 나란하게 구비되는 한 쌍의 제2헤더탱크와,
상기 제2헤더탱크에 형성되어 전장부품 냉각수를 유입하는 입구부 및 배출하는 출구부와,
상기 제2헤더탱크에 양단이 고정되어 전장부품 냉각수 유로를 형성하는 제2튜브와,
상기 제2튜브 사이에 개재되는 제2핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 쿨링모듈.
제4항에 있어서,
상기 쿨링모듈은,
상기 제2응축기가 상기 한 쌍의 제2헤더탱크 중 하나의 내부에 상기 제2헤더탱크의 길이방향으로 길게 형성되되,
차량 높이방향으로 상기 제2응축기 내부의 냉매 흐름과 상기 제2응축기가 구비되는 제2헤더탱크 내부의 전장부품 냉각수 흐름이 서로 반대인 것을 특징으로 하는 쿨링모듈.
제5항에 있어서,
상기 쿨링모듈은 상기 제2라디에이터의 입구부가 상기 제2응축기가 내장되지 않은 제2헤더탱크의 차량 높이방향 상측에 연결되는 것을 특징으로 하는 쿨링모듈.
제6항에 있어서,
상기 쿨링모듈은 상기 제2응축기로 냉매를 유입하는 제1배관이 차량 높이방향 하측에 위치되는 것을 특징으로 하는 쿨링모듈.
제5항에 있어서,
상기 제2응축기는 일정거리 이격되어 각각 냉매를 유입 및 배출하는 한 쌍의 입출구 보스부와, 상기 한 쌍의 입출구 보스부에 양단이 고정되는 열교환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 쿨링모듈.
제8항에 있어서,
상기 제2응축기의 열교환부는 이중관형 또는 판형인 것을 특징으로 하는 쿨링모듈.
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제1항에 있어서,
상기 제1응축기는,
상기 연결배관을 통해 유입된 냉매가 일부 제3튜브를 유동하면서 응축되는 응축영역과,
상기 기액분리기를 통해 기액분리되는 분리영역과,
상기 기액분리기를 통해 분리된 액상 냉매가 나머지 제3튜브를 유동하면서 과냉각되는 과냉각영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 쿨링모듈.
엔진을 냉각하기 위한 제1라디에이터;
공기흐름방향으로 상기 제1라디에이터 전측에 위치되며 전장부품을 냉각하기 위한 제2라디에이터;
공기흐름방향으로 상기 제2라디에이터 전측에 위치되며 외기와 열교환하여 냉매를 응축하는 제1응축기; 및
상기 제2라디에이터 내부에 구비되고 전장부품 냉각수와 열교환하여 냉매를 응축하는 제2응축기를 포함하고,
차량 폭방향으로 상기 제2라디에이터의 길이가 상기 제1라디에이터 및 제1응축기보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 쿨링모듈.
제13항에 있어서,
상기 제1라디에이터는 차량 폭방향으로 일정거리 이격되어 나란하게 구비되는 한 쌍의 제1헤더탱크와, 상기 제1헤더탱크에 양단이 고정되어 엔진 냉각수 유로를 형성하는 제1튜브와, 상기 제1튜브 사이에 개재되는 제1핀을 포함하고,
상기 제2라디에이터는 차량 폭방향으로 일정거리 이격되어 나란하게 구비되는 한 쌍의 제2헤더탱크와, 상기 제2헤더탱크에 형성되어 전장부품 냉각수를 유입하는 입구부 및 배출하는 출구부와, 상기 제2헤더탱크에 양단이 고정되어 전장부품 냉각수 유로를 형성하는 제2튜브와, 상기 제2튜브 사이에 개재되는 제2핀을 포함하며,
상기 제1응축기는 차량 폭방향으로 일정거리 이격되어 나란하게 구비되는 한 쌍의 제3헤더탱크와, 상기 제3헤더탱크에 양단이 고정되어 냉매 유로를 형성하는 제3튜브와, 상기 제3튜브 사이에 개재되는 제3핀과, 상기 제3헤더탱크의 일측에 구비되는 기액분리기와, 상기 제3헤더탱크에 형성되어 냉매를 배출하는 제2배관을 포함하고,
상기 쿨링모듈은 차량 폭방향으로 상기 한 쌍의 제2헤더 사이에 상기 한 쌍의 제1헤더 및 상기 한 쌍의 제3헤더가 위치되는 것을 특징으로 하는 쿨링모듈.
제14항에 있어서,
상기 쿨링모듈은 차량 폭방향으로 상기 한 쌍의 제2헤더 사이에 상기 기액분리기가 위치되는 것을 특징으로 하는 쿨링모듈.
제6항에 있어서,
상기 제2라디에이터는,
상기 제2응축기가 내장되지 않은 제2헤더탱크 내부를 차량 높이방향으로 상측 및 하측으로 구획하는 배플이 구비되고,
상기 배플에 의해 구획된 상측 및 하측에 각각 상기 입구부 및 출구부가 연결되며,
상기 입구부를 통해 제2헤더탱크 내부로 유입된 전장부품 냉각수가 일부 제2튜브를 통해 상기 제2응축기가 내장된 제2헤더탱크로 이동되고 다시 나머지 제2튜브를 통해 상기 제2응축기가 내장되지 않은 제2헤더탱크로 이동되어 상기 출구부를 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 쿨링모듈.
제6항에 있어서,
상기 제2라디에이터는,
상기 출구부가 상기 제2응축기가 내장된 제2헤더탱크의 차량 높이방향 하측에 연결되며,
상기 입구부를 통해 제2헤더탱크 내부로 유입된 전장부품 냉각수가 상기 제2튜브를 통해 상기 제2응축기가 내장된 제2헤더탱크로 이동되어 상기 출구부를 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 쿨링모듈.
냉매를 흡입하여 압축시키는 압축기;
상기 압축기에서 압축된 냉매를 순차적으로 응축시키며, 제1항 내지 제9항 및 제12항 내지 제17항 중 선택되는 어느 한 항의 쿨링모듈에 의한 제2응축기 및 제1응축기;
상기 제2응축기 및 제1응축기에서 응축된 냉매를 교축시키는 팽창밸브; 및
상기 팽창밸브를 통해 공급된 냉매를 증발시키는 증발기를 포함하는 차량용 냉방시스템.