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KR102663175B1 - 밸브 장치 및 이를 이용한 통합 열관리 시스템 - Google Patents

밸브 장치 및 이를 이용한 통합 열관리 시스템 Download PDF

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KR102663175B1
KR102663175B1 KR1020220036078A KR20220036078A KR102663175B1 KR 102663175 B1 KR102663175 B1 KR 102663175B1 KR 1020220036078 A KR1020220036078 A KR 1020220036078A KR 20220036078 A KR20220036078 A KR 20220036078A KR 102663175 B1 KR102663175 B1 KR 102663175B1
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KR
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port
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valve device
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연제민
김만희
이상민
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현대위아 주식회사
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Abstract

본 발명에서는 복수의 냉각수 회로를 하나의 밸브로 통합하여 컴팩트화함으로써 제조적인 측면에서 유리하며 사이즈가 컴팩트해지면서 공간 활용도가 향상되는 효과를 갖는다. 또한, 각종 열관리 모드에 따라 각 냉각수라인에 순환되는 냉각수와 냉매라인에 순환되는 냉매의 열교환을 통해, 전장부품 및 배터리의 냉각, 전장부품 및 배터리의 폐열을 활용한 실내 난방을 포함하여 열관리 효율성이 향상됨에 따라, 전동화 모빌리티의 주행거리를 확보할 수 있는 밸브 장치 및 이를 이용한 열관리 모듈이 소개된다.

Description

밸브 장치 및 이를 이용한 통합 열관리 시스템 {VALVE APPARATUS AND INTEGRATED THERMAL MANAGEMENT SYSTEM USING SAME}
본 발명은 밸브 장치 및 이를 이용한 통합 열관리 시스템에 관한 것으로, 복수의 냉각수 회로를 하나의 밸브로 통합하여 컴팩트화하고, 전장부품 및 배터리의 냉각, 전장부품 및 배터리의 폐열을 활용한 실내 난방을 포함한 각종 열관리 모드에 따라 효율성이 확보되는 밸브 장치 및 이를 이용한 통합 열관리 시스템에 관한 것이다.
최근 내연기관 차량의 환경적인 이슈로 인하여 전기차 등이 친환경 차량으로 보급이 확대되는 추세이다. 그러나 기존의 내연기관 차량의 경우 엔진의 폐열을 통하여 실내를 난방할 수 있어 별도의 난방을 위한 에너지가 필요치 않았지만, 전기차 등의 경우 엔진이 없어 열원이 없기 때문에 별도의 에너지를 통하여 난방을 수행하여 하고, 이로 인하여 연비가 하락하는 문제를 가지고 있다. 그리고 이 점은 전기차의 주행가능거리를 단축시켜 잦은 충전이 필요하게 되는 등 불편함을 주고 있는 것이 사실이다.
한편, 차량의 전동화로 인하여 차량의 실내뿐만 아니라, 고전압배터리, 모터 등의 전장부품들의 열관리 니즈도 새로이 추가되었다. 즉, 전기차 등의 경우 실내공간과 배터리, 전장부품 들의 경우 각각 공조에 대한 니즈가 상이하고, 이들을 독립적으로 대응하면서도 효율적으로 협업하여 에너지를 최대한 절약할 수 있는 기술이 필요한 것이다. 이에 따라 각각의 구성에 대하여 독립적으로 열관리를 수행하면서 동시에 전체적인 차량의 열관리를 통합하여 열효율을 증대시키고자 차량의 통합 열관리 개념이 제시되고 있다.
이러한 차량의 통합 열관리가 수행되기 위해서는 복잡한 냉각수라인들과 부품들을 통합하여 모듈화 할 필요가 있는데, 복수의 부품들을 모듈화 하면서도 제조가 간단하고 패키지적인 측면에서도 컴팩트 한 모듈화의 개념이 필요한 것이다.
또한, 전동화 차량의 경우, 발열이 발생되는 전장부품 및 배터리와 같은 구성의 폐열을 활용하여 에너지 효율성이 확보되도록 함으로써, 주행거리 및 실내 냉난방 성능이 향상되도록 하는 기술이 요구된다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
10-2014-0147365 A (2014.12.30.)
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 복수의 냉각수 회로를 하나의 밸브로 통합하여 컴팩트화하고, 전장부품 및 배터리의 냉각, 전장부품 및 배터리의 폐열을 활용한 실내 난방을 포함한 각종 열관리 모드에 따라 효율성이 확보되는 밸브 장치 및 이를 이용한 통합 열관리 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 밸브 장치는 내부공간을 가지고, 냉각수가 유통되는 복수의 포트가 제1구간과 제2구간으로 분할되어 형성된 하우징; 하우징의 내부공간에 회전될 수 있도록 마련되고, 복수의 포트 중 제1구간의 포트와 제2구간의 포트에 각기 매칭되는 복수의 유통홀이 형성되며, 제1구간과 제2구간에 매칭되는 유통홀 중 어느 하나를 연통시키는 연통홀이 형성된 스템; 및 하우징과 스템 사이에 개재되고, 스템의 각 유통홀에 매칭되는 관통홀이 형성된 씰;을 포함한다.
하우징은 제1구간에서 전장부품 측 리저버에 연결된 제1포트, 배터리 측 리저버에 연결된 제2포트, 배터리 칠러에 연결된 제3포트가 형성되고, 제2구간에서 라디에이터 입출구에 각기 연결된 제4포트 및 제5포트가 형성된 것을 특징으로 한다.
하우징에는 전장부품 열교환기가 연결된 제6포트가 라디에이터 입구에 연결된 제4포트에서 분기되도록 연결된 것을 특징으로 한다.
스템은 제1구간에 대응되며 제1구간의 각 포트를 연결시키는 제1유통홀과 제1구간의 포트와 연통홀을 연결시키는 제2유통홀이 형성된 몸체부와, 몸체부에서 연장되어 제2구간에 대응되며 둘레를 따라 일정길이 연장되어 제2구간의 특정 포트를 폐쇄시키는 연장부로 구성된 것을 특징으로 한다.
스템의 몸체부에는 제1포트, 제2포트, 제3포트 중 두 개의 포트에 연결되는 복수의 제1유통홀이 형성됨에 따라 각 제1유통홀이 연통되어 내부에 유통경로가 형성되고, 제1포트, 제2포트, 제3포트 중 나머지 하나의 포트에 연결되는 제2유통홀이 연통홀과 연통되게 형성된 것을 특징으로 한다.
스템의 연장부는 제4포트, 제5포트 중 어느 하나의 포트에 매칭되도록 형성되고, 연장부를 제외한 부분이 제4포트, 제5포트 중 다른 하나의 포트와 연통홀이 연통되도록 이루어진 것을 특징으로 한다.
씰은 제1씰과 제2씰로 분할되도록 구성되고, 관통홀의 넓이는 유통홀의 넓이보다 크게 형성된 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 밸브 장치를 이용한 통합 열관리 시스템은 냉각수가 순환되고, 전장부품 측 리저버, 제1워터펌프, 전장부품, 전장부품 열교환기를 포함하는 제1냉각수라인; 냉각수가 순환되고, 배터리 측 리저버, 제2워터펌프, 배터리, 배터리 칠러를 포함하는 제2냉각수라인; 제1냉각수라인에서 분기되고, 라디에이터가 마련된 제3냉각수라인; 냉매가 순환되고, 압축기, 실외 컨덴서, 팽창기, 증발기를 포함하며, 전장부품 열교환기와 배터리 칠러에 연결되어 냉매와 냉각수가 열교환되는 냉매라인; 냉매라인에서 실외 컨덴서의 후방에 마련되어 냉매가 배터리 칠러와 압축기에 선택적으로 유통되도록 하는 냉매밸브; 및 제1냉각수라인, 제2냉각수라인, 제3냉각수라인에 유통되는 냉각수의 유통방향을 선택적으로 전환하여 냉각수의 흐름을 제어하는 밸브 장치;를 포함한다.
냉매라인에는 압축기와 전장부품 열교환기 사이에 실내 컨덴서가 더 포함된 것을 특징으로 한다.
냉매라인의 팽창기는 실내 컨덴서와 전장부품 열교환기 사이에 위치된 제1팽창기, 실외 컨덴서와 배터리 칠러 사이에 위치된 제2팽창기, 증발기 이전에 위치된 제3팽창기를 포함하여 복수 구성된 것을 특징으로 한다.
밸브 장치는 전장부품 측 리저버 측, 배터리 측 리저버 측, 전장부품 열교환기 측, 배터리 칠러 측으로 냉각수의 유통방향을 전환하고, 전장부품 열교환기를 통과한 냉각수가 라디에이터에 유통되거나 바이패스되도록 하는 것을 특징으로 한다.
열관리 모드에 따라 밸브, 워터펌프, 압축기, 팽창기를 제어하는 제어기;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
제어기는 전장부품을 외기로 냉각시, 제1워터펌프를 구동시키며, 밸브 장치를 제어하여 제1냉각수라인과 제2냉각수라인에 각기 냉각수가 순환되고, 라디에이터에 냉각수가 유통되도록 하는 것을 특징으로 한다.
제어기는 배터리를 냉각시, 제2워터펌프를 구동시키고, 압축기가 구동된 상태에서 냉매맬브를 제어하여 냉매가 배터리 칠러에 유통되도록 하며, 제1팽창기의 경우 개방되고 제2팽창기의 경우 팽창 동작되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
제어기는 실내 냉방시, 제3팽창기가 팽창 동작되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
제어기는 배터리와 전장부품을 외기로 냉각시, 제1워터펌프와 제2워터펌프를 구동시키고, 밸브 장치를 제어하여 배터리 및 배터리 칠러를 통과한 냉각수가 전장부품 및 전장부품 열교환기에 유통되고, 라디에이터에 냉각수가 유통되도록 하는 것을 특징으로 한다.
제어기는 전장부품 폐열을 회수하며 실내 난방시, 제1워터펌프를 구동시키고, 밸브 장치를 제1냉각수라인과 제2냉각수라인에 각기 냉각수가 순환되고, 냉각수가 라디에이터를 바이패스되도록 하며, 압축기가 구동된 상태에서 제1팽창기의 경우 팽창되며, 제2팽창기와 제3팽창기의 경우 폐쇄되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
제어기는 배터리의 냉각 및 실내 난방시, 제1워터펌프의 구동을 중지시키고, 제2워터펌프를 구동시키는 것을 특징으로 한다.
제어기는 전장부품과 배터리의 폐열을 이용한 실내 난방시, 제1워터펌프와 제2워터펌프를 구동시키고, 밸브 장치를 제어하여 배터리 및 배터리 칠러를 통과한 냉각수가 전장부품 및 전장부품 열교환기에 유통되도록 하며, 압축기가 구동된 상태에서 제1팽창기의 경우 팽창 동작되고, 냉매밸브를 제어하여 컨덴서를 통과한 냉매가 배터리 칠러를 패스하여 압축기에 유통되도록 하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 밸브 장치 및 이를 이용한 열관리 모듈은 복수의 냉각수 회로를 하나의 밸브로 통합하여 컴팩트화함으로써 제조적인 측면에서 유리하며 사이즈가 컴팩트해지면서 공간 활용도가 향상되는 효과를 갖는다.
또한, 각종 열관리 모드에 따라 각 냉각수라인에 순환되는 냉각수와 냉매라인에 순환되는 냉매의 열교환을 통해, 전장부품 및 배터리의 냉각, 전장부품 및 배터리의 폐열을 활용한 실내 난방을 포함하여 열관리 효율성이 향상됨에 따라, 전동화 모빌리티의 주행거리를 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 밸브 장치를 나타낸 도면.
도 2는 도 1에 도시된 밸브 장치의 조립도.
도 3은 도 1에 도시된 밸브 장치의 상면도.
도 4는 도 1에 도시된 밸브 장치의 제1구간에 따른 단면도.
도 5는 도 1에 도시된 밸브 장치의 제2구간에 따른 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 통합 열관리 시스템의 구성도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 통합 열관리 시스템의 회로도.
도 8은 본 발명에 따른 통합 열관리 시스템의 열관리 모드를 나타낸 도면.
도 9는 도 8에 도시된 열관리 모드에 따른 밸브 장치를 나타낸 도면.
도 10은 본 발명에 따른 통합 열관리 시스템의 다른 열관리 모드를 나타낸 도면.
도 11은 도 10에 도시된 열관리 모드에 따른 밸브 장치를 나타낸 도면.
도 12는 본 발명에 따른 통합 열관리 시스템의 다른 열관리 모드를 나타낸 도면.
도 13은 도 12에 도시된 열관리 모드에 따른 밸브 장치를 나타낸 도면.
도 14는 본 발명에 따른 통합 열관리 시스템의 다른 열관리 모드를 나타낸 도면.
도 15는 도 14에 도시된 열관리 모드에 따른 밸브 장치를 나타낸 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모빌리티용 통합 열관리 시스템에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명에 따른 밸브 장치를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 밸브 장치의 조립도이며, 도 3은 도 1에 도시된 밸브 장치의 상면도이고, 도 4는 도 1에 도시된 밸브 장치의 제1구간에 따른 단면도이며, 도 5는 도 1에 도시된 밸브 장치의 제2구간에 따른 단면도이다.
한편, 도 6은 본 발명에 따른 통합 열관리 시스템의 구성도이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 통합 열관리 시스템의 회로도이며, 도 8은 본 발명에 따른 통합 열관리 시스템의 열관리 모드를 나타낸 도면이고, 도 9는 도 8에 도시된 열관리 모드에 따른 밸브 장치를 나타낸 도면이며, 도 10은 본 발명에 따른 통합 열관리 시스템의 다른 열관리 모드를 나타낸 도면이고, 도 11은 도 10에 도시된 열관리 모드에 따른 밸브 장치를 나타낸 도면이며, 도 12는 본 발명에 따른 통합 열관리 시스템의 다른 열관리 모드를 나타낸 도면이고, 도 13은 도 12에 도시된 열관리 모드에 따른 밸브 장치를 나타낸 도면이며, 도 14는 본 발명에 따른 통합 열관리 시스템의 다른 열관리 모드를 나타낸 도면이고, 도 15는 도 14에 도시된 열관리 모드에 따른 밸브 장치를 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 밸브 장치는 도 1 내지 5에 도시된 바와 같이, 내부공간을 가지고, 냉각수가 유통되는 복수의 포트가 제1구간(S1)과 제2구간(S2)으로 분할되어 형성된 하우징(100); 하우징(100)의 내부공간에 회전될 수 있도록 마련되고, 복수의 포트 중 제1구간(S1)의 포트와 제2구간(S2)의 포트에 각기 매칭되는 복수의 유통홀(210)이 형성되며, 제1구간(S1)과 제2구간(S2)에 매칭되는 유통홀(210) 중 어느 하나를 연통시키는 연통홀(220)이 형성된 스템(200); 및 하우징(100)과 스템(200) 사이에 개재되고, 스템(200)의 각 유통홀(210)에 매칭되는근 관통홀(310)이 형성된 씰(300);을 포함한다.
즉, 본 발명의 밸브 장치(60)는 하우징(100), 스템(200), 씰(300)이 구성되며, 하우징(100)의 내부공간에 스템(200)과 씰(300)이 마련되어 스템(200)의 회전 위치에 따라 각 포트를 통한 냉각수의 유통방향이 전환된다. 여기서, 스템(200)의 경우 하우징(100)에 구비되면 모터(미도시)의 제어에 의해 회전 위치가 조절될 수 있다.
여기서, 하우징(100)은 냉각수가 유통되는 복수의 포트가 형성되는데, 각각의 포트는 제1구간(S1)과 제2구간(S2)으로 분할되어 형성된다. 하우징(100)의 제1구간(S1)과 제2구간(S2)은 길이방향으로 이격되게 배치되며, 복수의 포트가 제1구간(S1)에서 하우징(100)의 둘레를 따라 형성되고, 나머지 포트가 제2구간(S2)에서 하우징(100)의 둘레를 따라 형성됨으로써, 스템(200)의 회전 위치에 따라 각 포트를 통한 냉각수의 유통방향이 전환될 수 있다.
스템(200)은 제1구간(S1)의 포트와 제2구간(S2)의 포트에 각기 매칭되는 복수의 유통홀(210)이 형성된다. 특히, 스템(200)에는 제1구간(S1)의 포트에 매칭되는 유통홀(210)과 제2구간(S2)의 포트에 매칭되는 유통홀(210)을 연통시키는 연통홀(220)이 더 형성된다. 이를 통해, 본 발명은 하나의 스템(200)으로 하우징(100)의 제1구간(S1)에 해당되는 포트와 제2구간(S2)에 해당되는 포트로 냉각수가 유통되는 냉각수 흐름을 형성함으로써, 하나의 밸브 장치(60)를 중심으로 열관리 부품을 모듈화하여 전체 패키지를 축소할 수 있다.
씰(300)은 하우징(100)과 스템(200) 사이에 개재됨으로써 스템(200)의 회전 거동이 안정화되고, 스템(200)의 회전 위치에 따라 특정된 유통홀(210) 및 포트를 통한 냉각수의 흐름성이 확보될 수 있다. 이러한 씰(300)은 제1씰(300a)과 제2씰(300b)로 분할되도록 구성되어 하우징(100) 및 스템(200)에 대한 조립 편의성이 확보될 수 있다. 또한, 제1씰(300a)가 제2씰(300b)은 대칭되도록 동일하게 형성될 수 있으며, 관통홀(310)의 넓이가 유통홀(210)의 넓이보다 크게 형성되어 설계 자유도가 확보될 수 있다. 또한, 씰(300)은 각각의 관통홀(310)이 등간격으로 배치되도록 형성되어, 전체 면적에 동일한 반발력이 유지되고, 씰링 성능과 내구 성능이 향상될 수 있다.
이러한 밸브 장치(60)에 대해서 구체적으로 설명하면, 하우징(100)은 제1구간(S1)에서 전장부품 측 리저버(11)에 연결된 제1포트(110), 배터리 측 리저버(21)에 연결된 제2포트(120), 배터리 칠러(24)에 연결된 제3포트(130)가 형성되고, 제2구간(S2)에서 라디에이터(31) 입출구에 각기 연결된 제4포트(140) 및 제5포트(150)가 형성된다.
또한, 하우징(100)에는 전장부품 측 리저버(14)가 연결된 제6포트(160)가 라디에이터(31) 입구에 연결된 제4포트(140)에서 분기되도록 연결된다.
이렇게, 본 발명에 따른 밸브 장치(60)는 하우징(100)에 6개의 포트가 형성됨에 따라 6 웨이 밸브로 구성될 수 있으며, 각각의 포트를 통해 냉각수가 유통되고, 스템(200)의 회전 위치에 따라 각 포트를 통한 냉각수의 유통방향이 전환된다. 이를 통해, 본 발명은 하나의 밸브 장치(60)로 냉각수가 유통되는 복수의 회로에 대해 냉각수의 유통방향을 전환할 수 있다. 특히, 제6포트(160)의 경우 제4포트(140)에서 분기되는 형태로 구성됨으로써, 전장부품 측 리저버(14)가 연결된 제6포트(160)와 라디에이터(31) 입구가 연결된 제4포트(140) 간의 설계 자유도가 확보되어 전체 모듈 패키지에 유리하다. 이는, 하기 설명할 열관리 시스템에 있어서, 전장부품 측 리저버(14)와 라디에이터(31) 간의 냉각수 유통에 따른 열관리 모드의 구현이 가능하면서 각 냉각수 부품의 모듈화의 용이성을 확보하기 위함이다.
한편, 스템(200)은 제1구간(S1)에 대응되며 제1구간(S1)의 각 포트를 연결시키는 제1유통홀(211)과 제1구간(S1)의 포트와 연통홀(220)을 연결시키는 제2유통홀(212)이 형성된 몸체부(200a)와, 몸체부(200a)에서 연장되어 제2구간(S2)에 대응되며 둘레를 따라 일정길이 연장되어 제2구간(S2)의 특정 포트를 폐쇄시키는 연장부(200b)로 구성된다.
여기서, 스템(200)의 몸체부(200a)에는 제1포트(110), 제2포트(120), 제3포트(130) 중 두 개의 포트에 연결되는 복수의 제1유통홀(211)이 형성됨에 따라 각 제1유통홀(211)이 연통되어 내부에 유통경로가 형성되고, 제1포트(110), 제2포트(120), 제3포트(130) 중 나머지 하나의 포트에 연결되는 제2유통홀(212)이 연통홀(220)과 연통되게 형성된다.
또한, 스템(200)의 연장부(200b)는 제4포트(140), 제5포트(150) 중 어느 하나의 포트에 매칭되도록 형성되고, 연장부(200b)를 제외한 부분이 제4포트(140), 제5포트(150) 중 다른 하나의 포트와 연통홀(220)이 연통되도록 이루어진다.
즉, 스템(200)은 몸체부(200a)와 연장부(200b)로 구성되며, 몸체부(200a)에는 제1구간(S1)의 각 포트에 매칭되는 제1유통홀(211)과 제2유통홀(212)이 형성되고, 연장부(200b)는 제2구간(S2)의 각 포트를 개폐하도록 형성된다.
여기서, 본 발명의 스템(200)은 6개의 포트 중 제1구간(S1)에서 두 개의 포트에 냉각수가 유통되도록 하고, 제2구간(S2)에서 하나의 포트에 냉각수가 유통되도록 구성한다. 이에 따라, 스템(200)의 몸체부(200a)에는 제1유통홀(211)이 제1포트(110), 제2포트(120), 제3포트(130) 중 두 개의 포트에 연결되도록 형성된다. 일례로, 도 4에서 볼 수 있듯이, 제1유통홀(211)은 몸체부(200a)의 중심으로부터 총 6개로 형성될 수 있으며, 스템(200)이 일정각도 회전될 때마다 각각의 제1유통홀(211)이 제1포트(110), 제2포트(120), 제3포트(130) 중 두 개의 포트에 연결됨으로써 제1구간(S1)에서 냉각수가 유통되는 흐름을 형성할 수 있다. 또한, 제2유통홀(212)은 몸체부(200a)의 중심으로부터 총 2개로 형성될 수 있으며, 스템(200)이 일정각도 회전될 때마다 각각의 제2유통홀(212)이 제1포트(110), 제2포트(120), 제3포트(130) 중 어느 하나의 포트에 연결됨으로써, 냉각수가 연통홀(220)을 통해 제1구간(S1)과 제2구간(S2)에 유통되는 흐름을 형성할 수 있다.
스템(200)의 몸체부(200a)에서 연장된 연장부(200b)는 제2구간(S2)에서 제4포트(140), 제5포트(150) 중 어느 하나의 포트에 매칭되도록 형성되고, 연장부(200b)를 제외한 부분이 제4포트(140), 제5포트(150) 중 다른 하나의 포트와 연통홀(220)이 연통되도록 이루어진다. 이러한 연장부(200b)는 연장부(200b)의 둘레를 따라 일정길이 연장되는 형태로 형성될 수 있다. 일례로, 도 5에서 볼 수 있듯이, 연장부(200b)는 반원형으로 형성될 수 있으며, 스템(200)이 일정각도 회전될 때마다 제4포트(140), 제5포트(150) 중 어느 하나의 포트에 매칭되어 제4포트(140), 제5포트(150) 중 어느 하나는 폐쇄되고 다른 하나는 개방되도록 구성될 수 있다. 이를 통해, 스템(200)의 회전 위치에 따라 연장부(200b)가 제4포트(140)와 제5포트(150) 중 어느 하나를 개방시키거나 폐쇄시킴으로써, 개방된 제2구간(S2)의 포트와 연통홀(220)이 연결되어 제1구간(S1)과 제2구간(S2)에 냉각수가 유통되는 흐름을 형성할 수 있다.
이를 통해, 본 발명은 하나의 밸브 장치(60)로 복수의 냉각수 회로를 통합하여 컴팩트화할 수 있다.
한편, 상술한 본 발명에 따른 밸브 장치(60)를 이용한 열관리 시스템은 하기와 같다.
본 발명에 따른 열관리 시스템은 도 6 내지 7에 도시된 바와 같이, 냉각수가 순환되고, 전장부품 측 리저버(11), 제1워터펌프(12), 전장부품(13), 전장부품 측 리저버(14)를 포함하는 제1냉각수라인(10); 냉각수가 순환되고, 배터리 측 리저버(21), 제2워터펌프(22), 배터리(23), 배터리 칠러(24)를 포함하는 제2냉각수라인(20); 제1냉각수라인(10)에서 분기되고, 라디에이터(31)가 마련된 제3냉각수라인(30); 냉매가 순환되고, 압축기(41), 실외 컨덴서(42), 팽창기(43), 증발기(44)를 포함하며, 전장부품 측 리저버(14)와 배터리 칠러(24)에 연결되어 냉매와 냉각수가 열교환되는 냉매라인(40); 냉매라인(40)에서 실외 컨덴서(42)의 후방에 마련되어 냉매가 배터리 칠러(24)와 압축기(41)에 선택적으로 유통되도록 하는 냉매밸브(50); 및 제1냉각수라인(10), 제2냉각수라인(20), 제3냉각수라인(30)에 유통되는 냉각수의 유통방향을 선택적으로 전환하여 냉각수의 흐름을 제어하는 밸브 장치(60);를 포함한다.
본 발명에서는 라디에이터(31)와 실외 컨덴서(42)가 통합 구성되어, 라디에이터(31)와 실외 컨덴서(42)가 외기와 열교환될 수 있다.
또한, 냉매라인(40)에는 압축기(41)와 전장부품 측 리저버(14) 사이에 실내 컨덴서(45)가 더 포함되어, 실내 컨덴서(45)를 통해 실내에 제공되는 공조공기의 온도를 조절할 수 있다. 이러한 실내 컨덴서(45)는 실내에 난방공기를 제공하기 위해 활용될 수 있으며, 실내 난방열을 보충하기 위해 PTC히터(H)가 더 구성될 수 있다.
또한, 냉매라인(40)의 팽창기(43)는 실내 컨덴서(45)와 전장부품 측 리저버(14) 사이에 위치된 제1팽창기(43a), 실외 컨덴서(42)와 배터리 칠러(24) 사이에 위치된 제2팽창기(43b), 증발기(44) 이전에 위치된 제3팽창기(43c)를 포함하여 복수 구성될 수 있다. 여기서, 제1팽창기(42a)와 제2팽창기(43b)는 각각 열관리 모드에 따라 전장부품 측 리저버(11)와 배터리 칠러(24)에서 냉매와 냉각수의 열교환이 수행되도록 구성되며, 제3팽창기(43c)의 경우 증발기(44)를 통해 실내에 냉방공기를 제공하기 위해 구성될 수 있다.
이러한 각각의 밸브, 워터펌프, 압축기(41), 팽창기(32), PTC히터(H)는 제어기(M)를 통해 열관리 모드에 따라 제어되어 동작이 결정된다. 여기서, 열관리 모드란 전장부품(13)의 냉각/승온 모드, 배터리(23)의 냉각/승온 모드, 실내의 냉방/난방 모드를 포함할 수 있다. 세부적으로는, 전장부품(13), 배터리(23)를 냉각/승온 하거나 실내를 각각 냉방/난방하는데 있어서, 외기를 이용하여 냉각/난방을 수행하는 모드, 냉매를 이용하여 냉각/난방을 수행하는 모드, 외기 및 냉매를 이용하여 냉각/난방을 수행하는 모드 등을 포함할 수 있다.
한편, 제1냉각수라인(10)에는 제1워터펌프(12)의 동작시 냉각수가 전장부품 측 리저버(11), 전장부품(13), 전장부품 측 리저버(11)에 순환되면서 열교환되고, 제2냉각수라인(20)에는 제2워터펌프(22)의 동작시 냉각수가 배터리 측 리저버(21), 배터리(23), 배터리 칠러(24)를 순환하면서 열교환된다. 여기서, 제2냉각수라인(20)에는 수가열히터(25)가 더 마련되어, 제2냉각수라인(20)에 순환되는 냉각수의 온도를 조절할 수 있다. 또한, 제3냉각수라인(30)에 냉각수가 선택적으로 유통되어 라디에이터(31)와 열교환될 수 있다.
이러한 제1냉각수라인(10), 제2냉각수라인(20), 제3냉각수라인(30)은 본 발명에 따른 밸브 장치(60)를 매개로 연결되어, 밸브 장치(60)의 냉각수 흐름 제어에 따라, 냉각수가 제1냉각수라인(10)과 제2냉각수라인(20)에서 개별적으로 순환되거나, 제1냉각수라인(10)과 제2냉각수라인(20)에 통합되어 순환될 수 있다. 또한, 제3냉각수라인(30)에 대해서도 냉각수가 선택적으로 유통될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 밸브 장치(60)는 전장부품 측 리저버(11) 측, 배터리 측 리저버(21) 측, 전장부품 측 리저버(14) 측, 배터리 칠러(24) 측으로 냉각수의 유통방향을 전환하고, 전장부품 측 리저버(14)를 통과한 냉각수가 라디에이터(31)에 유통되거나 바이패스되도록 한다.
이를 통해, 종래에는 냉각수 부품 간의 냉각수 유통을 위해, 복수의 밸브가 구성됨에 따라 전체 패키지가 증대되었으나, 본 발명에서는 하나의 밸브 장치(60)로 각 냉각수 부품에 대한 냉각수의 유통 방향을 전환함에 따라 전체 패키지가 축소된다. 특히, 본 발명은 하나의 밸브 장치(60)로 통합 모듈을 구성함으로써 패키지 확보 및 설계 자유도를 확보할 수 있다.
한편, 냉매라인(40)에는 압축기(41)의 구동시 냉매가 실내 컨덴서(45), 전장부품 측 리저버(11), 실외 컨덴서(42), 배터리 칠러(24), 각 팽창기(32)를 통과하면서 전장부품 열교환기(14)를 통해 제1냉각수라인(10)에 순환되는 냉각수와 열교환되거나 배터리 칠러(24)를 통해 제2냉각수라인(20)에 순환되는 냉각수와 열교환된다.
이를 통해, 본 발명에 따른 통합 열관리 시스템은 밸브 장치(60)의 동작에 의해 제1냉각수라인(10), 제2냉각수라인(20), 제3냉각수라인(30)에 순환되는 냉각수의 유통방향이 제어되고, 냉매밸브(50)의 동작에 의해 냉매라인(40)에 순환되는 냉매와 냉각수 간의 열교환이 제어됨으로써, 상황별로 최적의 열관리 모드를 수행할 수 있다.
한편, 본 발명에서 전장부품 측 리저버(11)는 제1워터펌프(12)의 전방에 마련되고, 배터리 측 리저버(21)는 제2워터펌프(22) 전방에 마련됨으로써, 제1냉각수라인(10)과 제2냉각수라인(20)의 냉각수 관리가 용이하다. 특히, 제1워터펌프(12)와 제2워터펌프(22)의 전방에 각각 전장부품 측 리저버(11)와 배터리 측 리저버(21)가 배치될 경우, 각 냉각수라인에서 각 워터펌프와 리저버의 설치 위치를 분리하여 구성 가능함에 따라 전체 모듈 패키지를 구성하기가 용이하다. 또한, 각각의 리저버가 각 워터펌프의 전단에 배치됨에 따라 각 리저버를 통한 공기빼기 성능이 향상되고, 리저버와 밸브를 통합 모듈로 구성하기가 용이하다.
상술한 본 발명에 따른 각 구성을 통해, 하기와 같이 열관리 모드에 따른 실시예를 수행할 수 있다. 이에 대해서 구체적으로 설명하면 하기와 같다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제어기(M)는 전장부품(13)을 외기로 냉각시, 제1워터펌프(12)를 구동시키며, 밸브 장치(60)를 제어하여 제1냉각수라인(10)과 제2냉각수라인(20)에 각기 냉각수가 순환되고, 라디에이터(31)에 냉각수가 유통되도록 한다.
즉, 전장부품(13)을 외기로 냉각시, 제1냉각수라인(10)에서 제1워터펌프(12)의 동작에 의해 전장부품(13)을 냉각시키면서 통과한 냉각수가 라디에이터(31)를 통과하면서 외기와 열교환하여 냉각되고, 라디에이터(31)를 통해 냉각된 냉각수가 다시 전장부품(13)측으로 순환됨으로써, 냉각수와 외기의 열교환을 통해 전장부품(13)을 냉각할 수 있다. 이는, 밸브 장치(60)에 의해 제1냉각수라인(10)과 제2냉각수라인(20)이 분리됨에 따라 제1냉각수라인(10)에만 냉각수가 순환되고, 냉각수가 라디에이터(31) 측으로 유통될 수 있다. 이때, 라디에이터(31)의 경우 팬이 구동되어 냉각수의 냉각 효율이 향상되도록 할 수 있다.
한편, 제어기(M)는 배터리(23)를 냉각시, 제2워터펌프(22)를 구동시키고, 압축기(41)가 구동된 상태에서 냉매밸브(50)를 제어하여 냉매가 배터리 칠러(24)에 유통되도록 하며, 제1팽창기(42a)의 경우 개방되고 제2팽창기(43b)의 경우 팽창 동작되도록 제어할 수 있다.
즉, 전장부품(13)을 외기로 냉각시키는 동시에 배터리(23)를 냉매로 냉각시, 제1워터펌프(12)의 동작에 의해 전장부품(13)을 냉각시키면서 통과한 냉각수가 라디에이터(31)를 통과하면서 외기와 열교환하여 냉각되고, 라디에이터(31)를 통해 냉각된 냉각수가 다시 전장부품(13)측으로 순환된다. 이는, 밸브 장치(60)에 의해 제1냉각수라인(10)과 제2냉각수라인(20)이 분리됨에 따라 제1냉각수라인(10)에만 냉각수가 순환되고, 냉각수가 라디에이터(31) 측으로 유통된다.
이와 함께, 압축기(41)가 구동됨에 따라 압축된 냉매가 실내 컨덴서(45), 전장부품 측 리저버(11), 실외 컨덴서(42)를 통해 응축되고, 제2팽창기(43b)가 팽창 동작됨으로써, 배터리 칠러(24)를 통해 냉매와 냉각수가 열교환하여 냉각수의 냉각이 수행된다. 이로 인해, 제2냉각수라인(20)에서 배터리 칠러(24)를 통해 냉각된 냉각수가 배터리(23)로 유통되어 배터리(23)를 냉각할 수 있다. 여기서, 제2워터펌프(22)가 구동되어 제2냉각수라인(20)에서 냉각수가 순환되고, 냉매밸브(50)는 냉매의 유통흐름이 실외 컨덴서(42) 이후 제2팽창기(43b) 및 배터리 칠러(24) 측으로 유통되도록 전환되며, 제1팽창기(42a)가 풀 개방 상태로 전환될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 전장부품(13)을 외기와 냉각수의 열교환을 통해 냉각시킬 수 있으며, 배터리(23)의 경우 냉각수와 냉매의 열교환을 통해 냉각시킬 수 있다.
이에 따라, 밸브 장치(60)는 일실시예로서, 도 9에 도시된 바와 같이, 스템(200)에서 하우징(100)의 제1구간(S1)에 해당되는 포트 중 제3포트(130)에서 제2포트(120)로 냉각수가 유통되고, 하우징(100)의 제2구간(S2)에 해당되는 포트중 제4포트(140)를 통해 유입된 냉각수가 연통홀(220)을 통해 제1구간(S1)의 제1포트(110)에 유통되는 흐름이 형성될 수 있다. 이를 통해, 상술한 전장부품을 외기로 냉각하거나 배터리를 배터리 칠러로 냉각하는 열관리 모드를 구현할 수 있다.
한편, 제어기(M)는 실내 냉방시, 제3팽창기(43c)가 팽창 동작되도록 제어할 수 있다. 즉, 제3팽창기(43c)가 폐쇄 상태일 경우 냉매가 증발기(44) 측으로 유통이 차단되지만, 제3팽창기(43c)가 개방 상태일 경우 냉매가 증발기(44) 측으로 유통되어 증발기(44)를 통해 공조공기를 냉각할 수 있다. 즉, 전장부품(13)을 외기로 냉각시키는 동시에 배터리(23)를 냉매로 냉각시키는 모드에서, 실외 컨덴서(42)를 통과한 냉매 중 일부가 증발기(44)에 유통되도록 함으로써 실내를 냉방시킬 수 있다.
한편, 제어기(M)는 배터리(23)와 전장부품(13)을 외기로 냉각시, 제1워터펌프(12)와 제2워터펌프(22)를 구동시키고, 밸브 장치(60)를 제어하여 배터리(23) 및 배터리 칠러(24)를 통과한 냉각수가 전장부품(13) 및 전장부품 측 리저버(14)에 유통되고, 라디에이터(31)에 냉각수가 유통되도록 한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 배터리(23)와 전장부품(13)을 모두 외기로 냉각시, 밸브 장치(60)에 의해 제1냉각수라인(10)과 제2냉각수라인(20)이 하나의 냉각수 유통 경로를 형성함에 따라 제1냉각수라인(10)과 제2냉각수라인(20)에 냉각수가 공용되어 유통된다. 또한, 밸브 장치(60)에 의해 냉각수가 라디에이터(31) 측으로 유통된다. 이로 인해, 제1워터펌프(12)와 제2워터펌프(22)의 동작시 배터리(23)를 1차 냉각한 냉각수가 전장부품(13)을 2차 냉각하고, 배터리(23)와 전장부품(13)을 냉각한 냉각수가 라디에이터(31)를 통해 냉각되어 다시 배터리(23)와 전장부품(13)을 냉각하도록 순환된다. 이때, 냉매라인(40)에서 냉매가 순환되지 않도록 하여, 전장부품 측 리저버(11)와 배터리 칠러(24)를 통한 냉매와 냉각수의 열교환이 방지되도록 한다. 이를 통해, 본 발명은 라디에이터(31)를 통해 외기만으로 냉각수를 냉각하여, 배터리(23)와 전장부품(13)을 외기로 냉각할 수 있다.
이에 따라, 밸브 장치(60)는 일실시예로서, 도 11에 도시된 바와 같이, 스템(200)에서 하우징(100)의 제1구간(S1)에 해당되는 포트 중 제3포트(130)에서 제1포트(110)로 냉각수가 유통되고, 하우징(100)의 제2구간(S2)에 해당되는 포트중 제4포트(140)를 통해 유입된 냉각수가 연통홀(220)을 통해 제1구간(S1)의 제2포트(120)에 유통되는 흐름이 형성될 수 있다. 이를 통해, 상술한 배터리와 전장부품을 외기로 냉각하는 열관리 모드를 구현할 수 있다.
한편, 도 12에 도시된 바와 같이, 제어기(M)는 전장부품(13) 폐열을 회수하며 실내 난방시, 제1워터펌프(12)를 구동시키고, 밸브 장치(60)를 제1냉각수라인(10)과 제2냉각수라인(20)에 각기 냉각수가 순환되고, 냉각수가 라디에이터(31)를 바이패스되도록 하며, 압축기(41)가 구동된 상태에서 제1팽창기(43a)의 경우 팽창되며, 제2팽창기(43b)와 제3팽창기(43c)의 경우 폐쇄되도록 제어한다. 여기서, 여기서, 냉매밸브(50)의 경우 실내 컨덴서(45)를 통과한 냉매가 압축기(41)에 유통되도록 제어될 수 있다.
즉, 실내를 난방시, 압축기(41)에서 유출된 고온 고압 상태의 냉매가 실내 컨덴서(45)로 유입되어 실내 컨덴서(45)에서 응축되어 방열하고, 외기 또는 내기가 실내 컨덴서(45)를 통과함에 따라 방열된 열과 열교환하여 승온된 후 실내에 공급되어 실내를 난방시킬 수 있다. 이때, 실내 난방을 보충하기 위해 PTC히터(H)가 함께 구동될 수 있다.
이와 더불어, 냉매라인(40)에서 제1팽창기(43a)의 경우 팽창되고, 제2팽창기(43b)의 경우 개방되며, 제3팽창기(43c)의 경우 폐쇄됨에 따라, 실내 컨덴서(45)를 통과한 냉매가 제1팽창기(43a)에서 팽창된 후 전장부품 열교환기(14)를 통해 제1냉각수라인(10)의 냉각수와 열교환되어 냉각수가 냉각된다. 이로 인해, 전장부품(13)은 제1워터펌프(12)의 구동에 의해 제1냉각수라인(10)에 순환되는 냉각수에 의해 냉각될 수 있으며, 전장부품 측 리저버(11)에서 전장부품(13)을 냉각하여 승온된 냉각수와 냉매가 열교환됨에 따라 증발이 원활해진다.
또한, 제1냉각수라인(10) 내의 냉각수가 라디에이터(31)에 순환되지 않기에 전장부품 측 리저버(11)에서 냉매와 냉각수 간의 열교환 효율이 확보되고, 제3팽창기(43c)가 폐쇄 동작되어 증발기(44)를 통한 냉각공기가 형성되지 않는다.
이에 따라, 밸브 장치(60)는 일실시예로서, 도 13에 도시된 바와 같이, 스템(200)에서 하우징(100)의 제1구간(S1)에 해당되는 포트 중 제3포트(130)에서 제2포트(120)로 냉각수가 유통되고, 하우징(100)의 제2구간(S2)에 해당되는 포트중 제5포트(150)를 통해 유입된 냉각수가 연통홀(220)을 통해 제1구간(S1)의 제1포트(110)에 유통되는 흐름이 형성될 수 있다. 이를 통해, 상술한 전장부품 폐열을 회수하며 실내 난방하는 열관리 모드를 구현할 수 있다.
한편, 제어기(M)는 배터리(23)의 냉각 및 실내 난방시, 제1워터펌프(12)의 구동을 중지시키고, 제2워터펌프(22)를 구동시킨다.
즉, 실내를 난방시 동일하게 압축기(41)에서 유출된 고온 고압 상태의 냉매가 실내 컨덴서(45)로 유입되어 실내 컨덴서(45)에서 응축되어 방열하고, 외기 또는 내기가 실내 컨덴서(45)를 통과함에 따라 방열된 열과 열교환하여 승온된 후 실내에 공급되어 실내를 난방시킬 수 있다. 이때, 실내 난방을 보충하기 위해 PTC히터(H)가 함께 구동될 수 있다.
또한, 냉매라인(40)에서 제1팽창기(43a)의 경우 팽창되고, 제2팽창기(43b)와 제3팽창기(43c)의 경우 폐쇄됨에 따라 실내 컨덴서(45)를 통과한 냉매가 제1팽창기(43a)에서 팽창되되 제1워터펌프(12)의 구동이 중지됨으로써 전장부품 측 리저버(11)에서 냉매와 냉각수 간의 열교환이 이루어지지 않고, 배터리 칠러(24)에서 냉매와 냉각수 간의 열교환이 수행되어 제2냉각수라인(20)의 냉각수가 냉각되도록 한다. 여기서, 냉매밸브(50)의 경우 실내 컨덴서(45)를 통과한 냉매가 배터리 칠러(24) 측으로 유통되도록 제어될 수 있으며, 제1팽창기(43a)가 개방되도록 하고, 제2팽창기(43b)에서 팽창 동작되도록 하여 배터리 칠러(24)에서 냉매와 냉각수 간이 열교환이 수행되도록 할 수 있다. 이를 통해, 실내 난방을 수행하면서 배터리(23)의 냉각을 함께 수행할 수 있다.
한편, 도 14에 도시된 바와 같이, 제어기(M)는 전장부품(13)과 배터리(23)의 폐열을 이용한 실내 난방시, 제1워터펌프(12)와 제2워터펌프(22)를 구동시키고, 밸브 장치(60)를 제어하여 배터리(23) 및 배터리 칠러(24)를 통과한 냉각수가 전장부품(13) 및 전장부품 측 리저버(14)에 유통되도록 하며, 압축기(41)가 구동된 상태에서 제1팽창기(43a)의 경우 팽창 동작되고, 냉매밸브(50)를 제어하여 컨덴서를 통과한 냉매가 배터리 칠러(24)를 패스하여 압축기(41)에 유통되도록 한다.
즉, 전장부품(13)과 배터리(23)의 폐열을 이용한 실내 난방시, 밸브 장치(60)에 의해 제1냉각수라인(10)과 제2냉각수라인(20)이 하나의 냉각수 유통 경로를 형성함에 따라 제1냉각수라인(10)과 제2냉각수라인(20)에 냉각수가 공용되어 유통된다. 또한, 라디에이터(31) 측으로 냉각수가 유통되지 않도록 함으로써, 제1워터펌프(12)와 제2워터펌프(22)의 동작에 의해 배터리(23)를 1차 냉각한 냉각수가 전장부품(13)을 2차 냉각하게 된다.
또한, 압축기(41)에서 유출된 고온 고압 상태의 냉매가 실내 컨덴서(45)로 유입되어 실내 컨덴서(45)에서 응축되어 방열하고, 외기 또는 내기가 실내 컨덴서(45)를 통과함에 따라 방열된 열과 열교환하여 승온된 후 실내에 공급되어 실내를 난방시킬 수 있다. 이때, 실내 난방을 보충하기 위해 PTC히터(H)가 함께 구동될 수 있다.
특히, 냉매라인(40)에서 제1팽창기(43a)의 경우 팽창됨에 따라 압축기(41)에서 압축된 냉매가 실내 컨덴서(45)를 통과 후 제1팽창기(43a)에서 팽창된 후 전장부품 열교환기(14)를 통해 제1냉각수라인(10)의 냉각수와 열교환된다. 이로 인해, 제1냉각수라인(10) 및 제2냉각수라인(20)에 순환되어 전장부품(13) 및 배터리(23)와 열교환한 냉각수가 전장부품 측 리저버(11)를 통해 냉매와 열교환됨으로써 냉매가 전장부품(13)과 배터리(23)에서 발생된 열을 흡열하게 된다. 이렇게, 전장부품(13)과 배터리(23)의 열을 흡열한 냉매는 배터리 칠러(24)를 패스하여 압축기(41)에 유통됨에 따라 냉매 시스템의 차압이 감소되어 난방 효율도 향상된다.
이에 따라, 밸브 장치(60)는 일실시예로서, 도 15에 도시된 바와 같이, 스템(200)에서 하우징(100)의 제1구간(S1)에 해당되는 포트 중 제3포트(130)에서 제1포트(110)로 냉각수가 유통되고, 하우징(100)의 제2구간(S2)에 해당되는 포트중 제5포트(150)를 통해 유입된 냉각수가 연통홀(220)을 통해 제1구간(S1)의 제2포트(120)에 유통되는 흐름이 형성될 수 있다. 이를 통해, 상술한 전장부품과 배터리의 폐열을 이용한 실내 난방하는 열관리 모드를 구현할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 밸브 장치(60) 및 이를 이용한 열관리 모듈은 복수의 냉각수 회로를 하나의 밸브로 통합하여 컴팩트화함으로써 제조적인 측면에서 유리하며 사이즈가 컴팩트해지면서 공간 활용도가 향상되는 효과를 갖는다.
또한, 각종 열관리 모드에 따라 각 냉각수라인에 순환되는 냉각수와 냉매라인(40)에 순환되는 냉매의 열교환을 통해, 전장부품(13) 및 배터리(23)의 냉각, 전장부품(13) 및 배터리(23)의 폐열을 활용한 실내 난방을 포함하여 열관리 효율성이 향상됨에 따라, 전동화 모빌리티의 주행거리를 확보할 수 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100:하우징 110:제1포트
120:제2포트 130:제3포트
140:제4포트 150:제5포트
160:제6포트 200:스템
200a:몸체부 200b:연장부
210:유통홀 211:제1유통홀
212:제2유통홀 220:연통홀
300:씰 310:관통홀
S1:제1구간 S2:제2구간
10:제1냉각수라인 11:전장부품 측 리저버
12:제1워터펌프 13:전장부품
14:전장부품 열교환기 20:제2냉각수라인
21:배터리 측 리저버 22:제2워터펌프
23:배터리 24:배터리 칠러
25:수가열히터 30:제3냉각수라인
31:라디에이터 40:냉매라인
41:압축기 42:실외 컨덴서
43:팽창기 43a:제1팽창기
43b:제2팽창기 43c:제3팽창기
44:증발기 45:실내 컨덴서
50:냉매밸브 60:밸브 장치
M:제어기 H:PTC히터

Claims (19)

  1. 내부공간을 가지고, 냉각수가 유통되는 복수의 포트가 제1구간과 제2구간으로 분할되어 각 구간 별로 이격 배치된 하우징;
    하우징의 내부공간에 회전될 수 있도록 마련되고, 복수의 포트 중 제1구간의 포트와 제2구간의 포트에 각기 매칭되는 복수의 유통홀이 형성되며, 제1구간과 제2구간에 매칭되는 유통홀 중 어느 하나를 연통시키는 연통홀이 형성된 스템; 및
    하우징과 스템 사이에 개재되고, 스템의 각 유통홀에 매칭되는 관통홀이 형성된 씰;을 포함하는 밸브 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    하우징은 제1구간에서 전장부품 측 리저버에 연결된 제1포트, 배터리 측 리저버에 연결된 제2포트, 배터리 칠러에 연결된 제3포트가 형성되고, 제2구간에서 라디에이터 입출구에 각기 연결된 제4포트 및 제5포트가 형성된 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    하우징에는 전장부품 열교환기가 연결된 제6포트가 라디에이터 입구에 연결된 제4포트에서 분기되도록 연결된 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    스템은 제1구간에 대응되며 제1구간의 각 포트를 연결시키는 제1유통홀과 제1구간의 포트와 연통홀을 연결시키는 제2유통홀이 형성된 몸체부와, 몸체부에서 연장되어 제2구간에 대응되며 둘레를 따라 일정길이 연장되어 제2구간의 특정 포트를 폐쇄시키는 연장부로 구성된 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    스템의 몸체부에는 제1포트, 제2포트, 제3포트 중 두 개의 포트에 연결되는 복수의 제1유통홀이 형성됨에 따라 각 제1유통홀이 연통되어 내부에 유통경로가 형성되고, 제1포트, 제2포트, 제3포트 중 나머지 하나의 포트에 연결되는 제2유통홀이 연통홀과 연통되게 형성된 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    스템의 연장부는 제4포트, 제5포트 중 어느 하나의 포트에 매칭되도록 형성되고, 연장부를 제외한 부분이 제4포트, 제5포트 중 다른 하나의 포트와 연통홀이 연통되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    씰은 제1씰과 제2씰로 분할되도록 구성되고, 관통홀의 넓이는 유통홀의 넓이보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
  8. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항의 밸브 장치를 이용한 통합 열관리 시스템에 있어서,
    냉각수가 순환되고, 전장부품 측 리저버, 제1워터펌프, 전장부품, 전장부품 열교환기를 포함하는 제1냉각수라인;
    냉각수가 순환되고, 배터리 측 리저버, 제2워터펌프, 배터리, 배터리 칠러를 포함하는 제2냉각수라인;
    제1냉각수라인에서 분기되고, 라디에이터가 마련된 제3냉각수라인;
    냉매가 순환되고, 압축기, 실외 컨덴서, 팽창기, 증발기를 포함하며, 전장부품 열교환기와 배터리 칠러에 연결되어 냉매와 냉각수가 열교환되는 냉매라인;
    냉매라인에서 실외 컨덴서의 후방에 마련되어 냉매가 배터리 칠러와 압축기에 선택적으로 유통되도록 하는 냉매밸브; 및
    제1냉각수라인, 제2냉각수라인, 제3냉각수라인에 유통되는 냉각수의 유통방향을 선택적으로 전환하여 냉각수의 흐름을 제어하는 밸브 장치;를 포함하는 열관리 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    냉매라인에는 압축기와 전장부품 열교환기 사이에 실내 컨덴서가 더 포함된 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    냉매라인의 팽창기는 실내 컨덴서와 전장부품 열교환기 사이에 위치된 제1팽창기, 실외 컨덴서와 배터리 칠러 사이에 위치된 제2팽창기, 증발기 이전에 위치된 제3팽창기를 포함하여 복수 구성된 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    밸브 장치는 전장부품 측 리저버 측, 배터리 측 리저버 측, 전장부품 열교환기 측, 배터리 칠러 측으로 냉각수의 유통방향을 전환하고, 전장부품 열교환기를 통과한 냉각수가 라디에이터에 유통되거나 바이패스되도록 하는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  12. 청구항 10에 있어서,
    열관리 모드에 따라 밸브, 워터펌프, 압축기, 팽창기를 제어하는 제어기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    제어기는 전장부품을 외기로 냉각시, 제1워터펌프를 구동시키며, 밸브 장치를 제어하여 제1냉각수라인과 제2냉각수라인에 각기 냉각수가 순환되고, 라디에이터에 냉각수가 유통되도록 하는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    제어기는 배터리를 냉각시, 제2워터펌프를 구동시키고, 압축기가 구동된 상태에서 냉매맬브를 제어하여 냉매가 배터리 칠러에 유통되도록 하며, 제1팽창기의 경우 개방되고 제2팽창기의 경우 팽창 동작되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  15. 청구항 12에 있어서,
    제어기는 실내 냉방시, 제3팽창기가 팽창 동작되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  16. 청구항 12에 있어서,
    제어기는 배터리와 전장부품을 외기로 냉각시, 제1워터펌프와 제2워터펌프를 구동시키고, 밸브 장치를 제어하여 배터리 및 배터리 칠러를 통과한 냉각수가 전장부품 및 전장부품 열교환기에 유통되고, 라디에이터에 냉각수가 유통되도록 하는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  17. 청구항 12에 있어서,
    제어기는 전장부품 폐열을 회수하며 실내 난방시, 제1워터펌프를 구동시키고, 밸브 장치를 제1냉각수라인과 제2냉각수라인에 각기 냉각수가 순환되고, 냉각수가 라디에이터를 바이패스되도록 하며,
    압축기가 구동된 상태에서 제1팽창기의 경우 팽창되며, 제2팽창기와 제3팽창기의 경우 폐쇄되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  18. 청구항 17에 있어서,
    제어기는 배터리의 냉각 및 실내 난방시, 제1워터펌프의 구동을 중지시키고, 제2워터펌프를 구동시키는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  19. 청구항 12에 있어서,
    제어기는 전장부품과 배터리의 폐열을 이용한 실내 난방시, 제1워터펌프와 제2워터펌프를 구동시키고, 밸브 장치를 제어하여 배터리 및 배터리 칠러를 통과한 냉각수가 전장부품 및 전장부품 열교환기에 유통되도록 하며,
    압축기가 구동된 상태에서 제1팽창기의 경우 팽창 동작되고, 냉매밸브를 제어하여 컨덴서를 통과한 냉매가 배터리 칠러를 패스하여 압축기에 유통되도록 하는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
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