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KR20220037957A - 급수 모듈 및 이를 포함한 전장 냉각 시스템 - Google Patents

급수 모듈 및 이를 포함한 전장 냉각 시스템 Download PDF

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KR20220037957A
KR20220037957A KR1020210114009A KR20210114009A KR20220037957A KR 20220037957 A KR20220037957 A KR 20220037957A KR 1020210114009 A KR1020210114009 A KR 1020210114009A KR 20210114009 A KR20210114009 A KR 20210114009A KR 20220037957 A KR20220037957 A KR 20220037957A
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KR
South Korea
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coolant
reservoir tank
heat exchanger
controller
inlet
Prior art date
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Pending
Application number
KR1020210114009A
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English (en)
Inventor
한정완
강호성
김혁
최지훈
김연호
김재연
박만희
안호찬
김재완
정호영
Original Assignee
현대자동차주식회사
한온시스템 주식회사
기아 주식회사
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Publication date
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Priority to PCT/KR2021/012109 priority Critical patent/WO2022059988A1/ko
Priority to CN202180064018.6A priority patent/CN116234974A/zh
Priority to US18/026,273 priority patent/US20230363108A1/en
Priority to DE112021004893.7T priority patent/DE112021004893T5/de
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Abstract

본 발명의 급수 모듈은 온도가 다른 두 냉각수가 서로 섞이지 않도록 구획되어 수용되는 리저버 탱크; 두 냉각수가 별개로 유동되는 냉각수 유로와 하나의 냉매 유로가 형성된 열교환기; 6방향의 냉각수 흐름을 제어할 수 있는 방향전환밸브를 포함한 제어기; 및 제어기에 연결된 제1냉각수 펌프 및 제2냉각수 펌프; 를 포함하고, 방향전환밸브의 작동에 따라 두 냉각수의 흐름이 동시에 제어되며, 상기 급수 모듈의 열교환기와 리저버 탱크에 연결된 두 개의 전장부품들이 개별적으로 냉각 및 승온될 수 있도록 전장 냉각 시스템이 구성되어, 냉각 시스템의 각 부품들이 통합적으로 연결되므로 부품수와 작업 공수 감소, 모듈화를 통한 장착 편의성 증대, 워터 펌프의 부하 감소 및 부품 결합의 확장성을 증가시킬 수 있는 급수 모듈 및 이를 포함한 전장 냉각 시스템에 관한 것이다.

Description

급수 모듈 및 이를 포함한 전장 냉각 시스템 {Water supply module and electronic component cooling system having the same}
본 발명은 친환경 자동차에서 냉방 및 난방 등의 용도로 사용되는 다양한 부품들 통합하여 연결할 수 있는 급수 모듈 및 이를 포함한 전장 냉각 시스템에 관한 것이다.
최근 에너지 효율 및 환경오염 문제로 인해 내연기관 자동차를 실질적으로 대체할 수 있는 친환경 자동차의 개발이 요구되고 있다.
친환경 자동차는 크게 배터리 또는 연료전지를 에너지원으로 하는 전기자동차 또는 수소자동차와, 엔진과 배터리를 이용하여 구동되는 하이브리드 자동차 등으로 구분되며, 이와 같은 친환경 자동차는 엔진의 냉각 및 승온 등을 관리하는 엔진 냉각 시스템뿐만 아니라, 전기 모터를 비롯한 전장품의 열을 관리하는 전장 냉각 시스템을 포함한다.
전장 냉각 시스템은 주로 전장품, 액추에이터 및 HSG(hybrid start and generator) 등을 냉각수를 이용하여 냉각하며, 혹한기에는 냉각수가 바이패스회로를 통해 라디에이터를 우회하도록 함과 동시에 PE부품(Power Electronics)의 폐열을 이용하여 배터리를 통과하게 함으로써 배터리를 승온시키는 구조로 이루어진다.
그런데 친환경 차량의 전장 냉각 시스템은 다수 컴포넌트(component)로부터 난방, 냉각, 폐열 회수 등의 다양한 용도를 만족시켜야 하나, 차량 내 레이아웃 공간의 한계로 인해 각 컴포넌트의 배치, 호스 루트 설계 및 이들의 연결 난이도가 높아지고, 각 컴포넌트를 차량에 장착하는데 있어 각 컴포넌트와 호스를 개별적으로 장착하고 연결해야 하는데 많은 공수가 필요하며, 복잡한 루트로 인해 냉각수 측의 유동 저항이 높아지고 이로 인해 워터 펌프에 높은 부하가 걸리게 되는 점 등의 문제가 발생할 수 있다.
KR 10-1765578 B1 (2012.07.10. 공고)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 냉각 시스템의 각 부품들을 통합적으로 연결하여 부품수와 작업 공수 감소, 모듈화를 통한 장착 편의성 증대, 워터 펌프의 부하 감소 및 부품 결합의 확장성을 증가시킬 수 있는 급수 모듈 및 이를 포함한 전장 냉각 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 급수 모듈은, 서로 다른 온도를 갖는 제1냉각수와 제2냉각수가 구획되어 수용되는 리저버 탱크; 상기 제1냉각수와 제2냉각수가 유동되는 냉각수 유로들이 형성되고, 상기 냉각수 유로들과 열교환할 수 있는 냉매 유로가 형성되며, 상기 리저버 탱크에 결합된 열교환기; 및 상기 리저버 탱크에 결합되고, 복수의 방향으로 냉각수의 흐름을 제어하는 방향전환밸브를 포함하는 제어기; 를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 리저버 탱크는 격벽에 의해 내부 공간이 구획되어 상기 제1냉각수가 수용되는 제1수용부 및 상기 제2냉각수가 수용되는 제2수용부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1냉각수 및 제2냉각수는 서로 혼합되지 않고 별개로 유동될 수 있다.
또한, 상기 방향전환밸브는 리저버 탱크 및 열교환기에 연결되어 6방향의 냉각수 흐름을 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어기에 결합되며 상기 제어기와 연통된 제1냉각수 펌프 및 제2냉각수 펌프를 더 포함하여 이루어지고, 상기 리저버 탱크는 격벽에 의해 내부 공간이 구획되어 상기 제1냉각수가 수용되는 제1수용부 및 상기 제2냉각수가 수용되는 제2수용부가 형성되며, 상기 열교환기는 제1냉각수 및 제2냉각수가 구획되어 유동되며, 상기 리저버 탱크는 열교환기와 그 반대편에 배치된 제어기를 서로 연통시키되, 상기 리저버 탱크의 제1수용부 및 제2수용부와 연통되지 않는 관통 유로가 형성되며, 상기 제어기는 리저버 탱크의 제1수용부 및 제2수용부와 각각 연통되고, 상기 제어기는 열교환기의 제1냉각수 유로 및 제2냉각수 유로와 각각 연통되며, 상기 제어기는 적어도 6방향의 냉각수 흐름을 제어할 수 있다.
또한, 상기 제1냉각수 펌프의 냉각수 입구가 상기 제어기의 제1출구에 연결되며, 상기 제2냉각수 펌프의 냉각수 입구가 상기 제어기의 제2출구에 연결되며, 상기 제1냉각수가 유입되는 제어기의 제1-1입구가 상기 리저버 탱크의 제1수용부에 연결되고, 상기 제2냉각수가 유입되는 제어기의 제2-1입구가 상기 리저버 탱크의 제2수용부에 연결되며, 상기 제1냉각수가 유입되는 제어기의 제1-2입구가 상기 열교환기의 제1냉각수 출구에 연결되고, 상기 제2냉각수가 유입되는 제어기의 제2-2입구가 상기 열교환기의 제2냉각수 출구에 연결될 수 있다.
또한, 상기 리저버 탱크는, 상기 제1수용부를 관통하되 제1수용부의 내부 공간과는 차폐된 제1관통 유로가 형성되고, 상기 제2수용부를 관통하되 제2수용부의 내부 공간과는 차폐된 제2관통 유로가 형성되며, 상기 제어기의 제1-2입구와 상기 열교환기의 제1냉각수 출구는 상기 제1관통 유로를 통해 연결되며, 상기 제어기의 제2-2입구와 상기 열교환기의 제2냉각수 출구는 상기 제2관통 유로를 통해 연결될 수 있다.
또한, 상기 리저버 탱크는 길이방향 일측에 오목하게 제1장착부가 형성되어 상기 제1장착부에 열교환기가 장착되고, 상기 리저버 탱크는 길이방향 타측에 오목하게 제2장착부가 형성되어 상기 제2장착부에 제어기가 장착될 수 있다.
또한, 상기 제어기, 제1냉각수 펌프 및 제2냉각수 펌프는 일체의 어셈블리로 구성되고, 상기 제어기의 폭방향 일측에 제1냉각수 펌프가 장착되며 폭방향 타측에 제2냉각수 펌프가 장착될 수 있다.
또한, 상기 제어기는, 냉각수가 유입되는 상기 제1-1입구, 제1-2입구, 제2-1입구, 제2-2입구 및 냉각수가 배출되는 상기 제1출구, 제2출구가 형성된 케이스를 더 포함하고, 상기 케이스의 내부에 방향전환밸브가 구비되며, 상기 제어기의 입구 및 출구들은 방향전환밸브의 6개의 포트에 대응되게 연결될 수 있다.
또한, 상기 제어기는 상기 제1냉각수 펌프, 제2냉각수 펌프 및 방향전환밸브의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 방향전환밸브는, 6개의 포트가 형성된 하우징; 및 상기 하우징의 내부에 구비되어 상기 하우징의 내부 공간을 4개의 영역으로 구획하며 중심을 기준으로 회전 가능하게 형성된 회전체; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 6개의 포트 중 제1포트는 상기 리저버 탱크의 제1수용부에 연결되고, 상기 제2포트는 상기 제1냉각수 펌프에 연결되며, 제3포트는 상기 열교환기의 제1냉각수 출구에 연결되며, 제4포트는 상기 리저버 탱크의 제2수용부에 연결되며, 제5포트는 상기 제2냉각수 펌프에 연결되며, 제6포트는 상기 열교환기의 제2냉각수 출구에 연결될 수 있다.
또한, 상기 회전체의 회전 위치에 따른 제1모드에서는, 상기 리저버 탱크의 제1수용부와 제1냉각수 펌프가 연통되며, 상기 리저버 탱크의 제2수용부와 제2냉각수 펌프가 연통될 수 있다.
또한, 상기 회전체의 회전 위치에 따른 제2모드에서는, 상기 열교환기의 제1냉각수 출구와 제1냉각수 펌프가 연통되며, 상기 열교환기의 제2냉각수 출구와 제2냉각수 펌프가 연통될 수 있다.
또한, 상기 회전체의 회전 위치에 따른 제3모드에서는, 상기 리저버 탱크의 제1수용부와 제1냉각수 펌프가 연통되며, 상기 열교환기의 제2냉각수 출구와 제2냉각수 펌프가 연통될 수 있다.
그리고 본 발명 급수 모듈을 포함한 전장 냉각 시스템은, 상기 급수 모듈; 상기 제1냉각수 펌프의 냉각수 출구와 상기 열교환기의 제1냉각수 입구가 연결되고, 상기 제1냉각수 펌프의 냉각수 출구와 상기 열교환기의 제1냉각수 입구 사이에 연결된 제1전장부품; 및 상기 제2냉각수 펌프의 냉각수 출구와 상기 열교환기의 제2냉각수 입구가 연결되고, 상기 제2냉각수 펌프의 냉각수 출구와 상기 열교환기의 제2냉각수 입구 사이에 연결된 제2전장부품; 을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1전장부품에 상기 리저버 탱크의 제1수용부 및 상기 열교환기의 제1냉각수 입구가 병렬로 연결되고, 상기 제2전장부품에 상기 리저버 탱크의 제2수용부 및 상기 열교환기의 제2냉각수 입구가 병렬로 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1전장부품의 냉각수 출구와 상기 리저버 탱크의 제1수용부 사이에 연결된 제1방열기; 및 상기 제2전장부품의 냉각수 출구와 상기 리저버 탱크의 제2수용부 사이에 연결된 제2방열기;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 급수 모듈 및 이를 포함한 전장 냉각 시스템은 냉각 시스템을 구성하는 부품들의 일체화를 통해 호스나 배관류를 삭제하거나 배관 길이를 축소하여 소형화 및 경량화를 도모할 수 있다.
또한, 냉각 시스템의 부품수와 조립 공수를 줄일 수 있으며, 장착 편의성의 증대와 냉각 시스템 성능 및 내구 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 냉각 시스템에 작용하는 냉각수 측의 유동 저항을 낮출 수 있고, 이를 통해 워터 펌프에 걸리는 부하를 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 급수 모듈을 나타낸 조립사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 급수 모듈의 분해사시도 및 이를 포함한 전장 냉각 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 급수 모듈에서 리저버 탱크를 자른 단면을 나타낸 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 급수 모듈에서 열교환기의 정면뷰 및 상면뷰를 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 급수 모듈에서 제어기의 케이스 및 방향전환밸브를 나타낸 단면도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 급수 모듈에서 방향전환밸브의 제어에 따른 냉각수들의 흐름을 나타낸 단면도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 급수 모듈을 모델링한 조립사시도 및 분해사시도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 급수 모듈을 포함한 전장 냉각 시스템에서 제1냉각수의 흐름만을 나타낸 구성도이다.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 급수 모듈 및 이를 포함한 전장 냉각 시스템을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 급수 모듈을 나타낸 조립사시도이고, 도 2는 급수 모듈의 분해사시도 및 이를 포함한 전장 냉각 시스템을 나타낸 구성도이며, 도 3은 급수 모듈에서 리저버 탱크를 자른 단면을 나타낸 사시도이며, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 급수 모듈에서 열교환기의 정면뷰 및 상면뷰를 나타낸 개념도이다. 그리고 도 5는 제어기의 케이스 및 방향전환밸브를 나타낸 단면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 급수 모듈은 크게 리저버 탱크(100), 열교환기(200), 제어기(300), 방향전환밸브(400), 제1냉각수 펌프(510) 및 제2냉각수 펌프(520)로 구성될 수 있다. 그리고 전장 냉각 시스템은 상기한 급수 모듈, 제1전장부품(610) 및 제2전장부품(620)을 포함하여 구성될 수 있으며, 제1방열기(710) 및 제2방열기(720)를 더 포함할 수 있다.
리저버 탱크(100)는 서로 다른 경로를 따라 유동되는 제1냉각수와 제2냉각수를 저장 및 공급하는 역할을 하며, 제1냉각수와 제2냉각수가 서로 섞이지 않도록 구성될 수 있다. 일례로 리저버 탱크(100)는 내부에 냉각수가 수용되는 빈 공간이 형성된 용기에 내부 공간을 구획하는 격벽(103)이 형성되어 있는 형태로 형성될 수 있다. 그리고 리저버 탱크(100)는 제1냉각수가 수용되는 제1수용부(110) 및 제2냉각수가 수용되는 제2수용부(120)가 일체로 형성될 수 있다. 이외에도 리저버 탱크는 다양한 형태로 형성될 수 있다. 또한, 리저버 탱크(100)는 길이방향 일측에 오목하게 제1장착부(101)가 형성되어 제1장착부(101)에 열교환기(200)가 장착되고, 리저버 탱크(100)는 길이방향 타측에 오목하게 제2장착부(102)가 형성되어 제2장착부(102)에 제어기가 장착될 수 있다. 또한, 리저버 탱크(100)는 제1수용부(110)를 관통하되 제1수용부(110)의 내부 공간과는 차폐된 제1관통 유로(130)가 형성되고, 제2수용부(120)를 관통하되 제2수용부(120)의 내부 공간과는 차폐된 제2관통 유로(140)가 형성될 수 있다. 즉, 제1관통 유로(130)는 제1장착부(101)가 형성된 길이방향 일측면과 제2장착부(102)가 형성된 길이방향 타측면을 관통하는 형태로 형성되되, 제1관통 유로(130)의 입구에서부터 출구까지의 사이가 제1수용부(110)의 내부 공간과는 연통되지 않게 형성된다. 마찬가지로 제2관통 유로(140)는 제1장착부(101)가 형성된 길이방향 일측면과 제2장착부(102)가 형성된 길이방향 타측면을 관통하는 형태로 형성되되, 제2관통 유로(140)의 입구에서부터 출구까지의 사이가 제2수용부(120)의 내부 공간과는 연통되지 않게 형성된다.
열교환기(200)는 일례로 전장 부품들인 PE(Power Electronics)부품 또는 배터리에서 발생되는 열을 냉매로 전달하는 칠러가 될 수 있다. 열교환기(200)는 제1전장부품(610)을 따라 흐르는 제1냉각수와 제2전장부품(620)을 따라 흐르는 제2냉각수가 서로 섞이지 않고, 제1냉각수 및 제2냉각수가 모두 냉매와 열교환될 수 있는 구조로 형성될 수 있다. 즉, 도시된 바와 같이 열교환기(200)는 내부에 제1냉각수가 유동될 수 있는 제1냉각수 유로(210)가 형성되고 이와는 별개로 제2냉각수가 유동될 수 있는 제2냉각수 유로(220)가 형성될 수 있다. 그리고 제1냉각수 유로(210)와 연통된 제1냉각수 입구(211) 및 제1냉각수 출구(212)가 리저버 탱크(100)의 제1장착부(101)와 마주보는 면에 형성될 수 있다. 또한, 제2냉각수 유로(220)와 연통된 제2냉각수 입구(221) 및 제2냉각수 출구(222)가 리저버 탱크(100)의 제1장착부(101)와 마주보는 면에 형성될 수 있다. 그리하여 열교환기(200)는 리저버 탱크(100)의 제1장착부(101)에 장착됨으로써, 열교환기(200)의 제1냉각수 출구(112)가 리저버 탱크(100)의 제1관통 유로(130)의 입구에 연결되고 제2냉각수 출구(122)가 제2관통 유로(140)의 입구에 연결될 수 있다. 여기에서 열교환기(200)의 제1냉각수 입구(111) 및 제2냉각수 입구(121)는 리저버 탱크(100)의 외측으로 노출되어 있도록 배치될 수 있다. 또한, 열교환기(200)는 냉매가 유동되는 냉매 유로(230)가 형성될 수 있으며, 냉매 유로(230)는 제1냉각수 유로(210) 및 제2냉각수 유로(220) 모두에 인접하게 형성될 수 있다.
제어기(300)는 리저버 탱크(100), 열교환기(200), 제1냉각수 펌프(510) 및 제2냉각수 펌프(520)에 연결되며, 제어기(300)는 내부에 6방향의 냉각수 흐름을 제어할 수 있는 방향전환밸브(400, 6-way valve)가 구비될 수 있다. 일례로 제어기(300)는 케이스(310) 및 그 내부에 구비된 방향전환밸브(400)를 포함할 수 있고, 케이스(310)에는 리저버 탱크(100)의 제2장착부(102)와 마주보는 면에 냉각수가 유입되는 4개의 입구인 제1-1입구(301), 제1-2입구(302), 제2-1입구(303) 및 제2-2입구(304)가 형성될 수 있다. 그리하여 제어기(300)는 리저버 탱크(100)의 제2장착부(102)에 장착됨으로써, 제1-1입구(301)가 제1수용부(110)의 냉각수 출구에 연결되고 제1-2입구(302)가 제1관통 유로(130)의 출구에 연결되며 제2-1입구(303)가 제2수용부(120)의 냉각수 출구에 연결되며 제2-2입구(304)가 제2관통 유로(140)의 출구에 연결될 수 있다. 또한, 제어기(300)의 케이스(310)에는 폭방향 일측면에 냉각수가 배출되는 제1출구(305)가 형성되고 폭방향 타측면에 냉각수가 배출되는 제2출구(306)가 형성될 수 있다.
방향전환밸브(400)는 하우징(410) 및 하우징(410)의 내부에 구비되어 중심을 기준으로 회전 가능하게 형성된 회전체(420)를 포함하여 구성될 수 있다. 일례로 하우징(410)은 원통 형태로 형성될 수 있으며, 하우징(410)은 외주면과 내주면을 관통하는 6개의 포트인 제1포트(411), 제2포트(412), 제3포트(413), 제4포트(414), 제5포트(415) 및 제6포트(416)가 원주방향을 따라 이격되어 형성될 수 있다. 그리고 회전체(420)는 하우징(410)과의 결합에 의해 하우징(410)의 내부 공간이 4개의 영역으로 구획될 수 있는 다양한 형태로 형성될 수 있다. 여기에서 회전체(420)가 회전된 위치에 따라 서로 이웃하는 두 개의 포트가 서로 연결되거나 연결이 차단될 수 있다. 그리고 회전 중심을 기준으로 이웃하는 두 개의 포트가 연결된 반대측에서도 이웃하는 두 개의 포트가 서로 연결될 수 있다. 또한, 서로 연결되어 있는 포트들을 제외한 나머지 2개의 포트들은 연결이 차단될 수 있다.
또한, 방향전환밸브(400)는 제어기(300)의 케이스(310) 내부에 구비되며, 케이스(310)의 내측면에 방향전환밸브(400)의 하우징(410)이 결합되어 고정될 수 있다. 그리하여 케이스(310)의 제1-1입구(301)는 제1포트(411)와 연통된 상태가 되고, 제1-2입구(302)는 제3포트(413)와 연통된 상태가 되며, 제2-1입구(303)는 제6포트(416)와 연통된 상태가 되며, 제2-2입구(304)는 제4포트(414)와 연통된 상태가 될 수 있다. 그리고 케이스(310)의 제1출구(305)는 제2포트(412)와 연통된 상태가 되며, 제2출구(306)는 제5포트(415)와 연통된 상태가 될 수 있다.
제1냉각수 펌프(510)는 제어기(300)에 연결되어 제1냉각수를 압송하는 역할을 한다. 그리고 제1냉각수 펌프(510)는 제어기(300)의 폭방향 일측에 결합되며, 제1냉각수 펌프(510)의 냉각수 입구가 케이스(310)의 제1출구(305)에 연결될 수 있다.
제2냉각수 펌프(520)는 제어기(300)에 연결되어 제2냉각수를 압송하는 역할을 한다. 그리고 제2냉각수 펌프(520)는 제어기(300)의 폭방향 타측에 결합되며, 제2냉각수 펌프(520)의 냉각수 입구가 케이스(310)의 제2출구(306)에 연결될 수 있다. 여기에서 제어기(300)를 중심으로 제1냉각수 펌프(510)와 제2냉각수 펌프(520)가 마주보게 배치될 수 있다. 그리고 제1냉각수 펌프(510)의 냉각수 입구와 제2냉각수 펌프(520)의 냉각수 입구가 서로 마주보게 배치되며, 제1냉각수 펌프(510)의 냉각수 출구와 제2냉각수 펌프(520)의 냉각수 출구는 서로 같은 측면에 형성될 수 있다.
또한, 방향전환밸브(400)를 포함한 제어기(300), 제1냉각수 펌프(510) 및 제2냉각수 펌프(520)는 하나로 조립된 일체의 어셈블리로 구성되어, 어셈블리 상태로 리저버 탱크(100)에 결합될 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나 제어기(300)는 제1냉각수 펌프(510), 제2냉각수 펌프(520) 및 방향전환밸브(400)의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있으며, 제어기(300)는 방향전환밸브(400)에서 회전체(420)의 회전 위치를 제어할 수 있는 구동부를 더 포함할 수 있다.
여기에서 방향전환밸브(400)는 회전체(420)의 회전 위치에 따라 아래의 3가지의 모드로 작동될 수 있다.
도 6을 참조하면, 제1모드에서는 리저버 탱크(100)의 제1수용부(110)와 제1냉각수 펌프(510)가 연통되며, 리저버 탱크(100)의 제2수용부(120)와 제2냉각수 펌프(520)가 연통될 수 있다. 즉, 방향전환밸브(400)의 제1포트(411)와 제2포트(412)가 연통되고, 제4포트(414)와 제5포트(415)가 연통되며, 제3포트(413)와 제6포트(416)는 각각 연결이 차단된다. 그리하여 제1냉각수 및 제2냉각수 모두 열교환기(200)에서 방향전환밸브(400)쪽으로는 흐르지 않고, 제1냉각수는 리저버 탱크(100)의 제1수용부(110)에서 제1냉각수 펌프(510)쪽으로 흐르며, 제2냉각수는 리저버 탱크(100)의 제2수용부(120)에서 제2냉각수 펌프(520)쪽으로 흐를 수 있다.
도 7을 참조하면, 제2모드에서는 열교환기(200)의 제1냉각수 출구(212)와 제1냉각수 펌프(510)가 연통되며, 열교환기(200)의 제2냉각수 출구(222)와 제2냉각수 펌프(520)가 연통될 수 있다. 즉, 방향전환밸브(400)의 제2포트(412)와 제3포트(413)가 연통되고, 제5포트(415)와 제6포트(416)가 연통되며, 제1포트(411)와 제4포트(414)는 각각 연결이 차단된다. 그리하여 제1냉각수 및 제2냉각수 모두 리저버 탱크(100)에서 방향전환밸브(400)쪽으로는 흐르지 않고, 제1냉각수는 열교환기(200)의 제1냉각수 출구(212)에서 제1냉각수 펌프(510)쪽으로 흐르며, 제2냉각수는 열교환기(200)의 제2냉각수 출구(222)에서 제2냉각수 펌프(520)쪽으로 흐를 수 있다.
도 8을 참조하면, 제3모드에서는 리저버 탱크(100)의 제1수용부(110)와 제1냉각수 펌프(510)가 연통되며, 열교환기(200)의 제2냉각수 출구(222)와 제2냉각수 펌프(520)가 연통될 수 있다. 즉, 방향전환밸브(400)의 제1포트(411)와 제2포트(412)가 연통되고, 제5포트(415)와 제6포트(416)가 연통되며, 제3포트(413)와 제4포트(414)는 각각 연결이 차단된다. 그리하여 제1냉각수는 열교환기(200)의 제1냉각수 출구(212)에서 방향전환밸브(400)쪽으로는 흐르지 않고, 제1냉각수는 리저버 탱크(100)의 제1수용부(110)에서 제1냉각수 펌프(510)쪽으로 흐른다. 그리고 제2냉각수는 리저버 탱크(100)의 제2수용부(120)에서 방향전환밸브(400)쪽으로는 흐르지 않고, 제2냉각수는 열교환기(200)의 제2냉각수 출구(222)에서 제2냉각수 펌프(520)쪽으로 흐를 수 있다.
또는, 제3모드에서는 도 8에 도시된 회전체(420)가 180도 회전된 상태가 되면, 방향전환밸브(400)의 제2포트(412)와 제3포트(413)가 연통되고, 제4포트(414)와 제5포트(415)가 연통되며, 제1포트(411)와 제6포트(416)는 각각 연결이 차단될 수 있다. 그리하여 제1냉각수는 열교환기(200)의 제1냉각수 출구(212)에서 제1냉각수 펌프(510)쪽으로 흐르고, 제1냉각수는 리저버 탱크(100)의 제1수용부(110)에서 방향전환밸브(400)쪽으로는 흐르지 않는다. 그리고 제2냉각수는 리저버 탱크(100)의 제2수용부(120)에서 제2냉각수 펌프(520)쪽으로 흐르고, 제2냉각수는 열교환기(200)의 제2냉각수 출구(222)에서 방향전환밸브(400)쪽으로는 흐르지 않을 수 있다.
그리하여 본 발명의 급수 모듈은 냉각 시스템을 구성하는 부품들의 일체화를 통해 호스나 배관류를 삭제하거나 배관 길이를 축소하여 소형화 및 경량화를 도모할 수 있다.
또한, 본 발명의 급수 모듈을 포함한 전장 냉각 시스템에서, 제1전장부품(610) 및 제2전장부품(620)은 PE 부품 또는 배터리가 될 수 있으며, 제1냉각수 펌프(510)의 냉각수 출구와 열교환기(200)의 제1냉각수 입구(211)가 연결된 제1냉각수 유로 상에 제1전장품(610)이 연결될 수 있다. 그리하여 제1냉각수가 제1전장부품(610)과 열교환되어 제1전장부품(610)이 냉각 또는 가열될 수 있다. 그리고 제2냉각수 펌프(520)의 냉각수 출구와 열교환기(200)의 제2냉각수 입구(221)가 연결된 제2냉각수 유로 상에 제2전장품(620)이 연결될 수 있다. 그리하여 제2냉각수가 제2전장부품(620)과 열교환되어 제2전장품(620)이 냉각 또는 가열될 수 있다.
또한, 제1전장부품(610)의 냉각수 출구에는 리저버 탱크(100)의 제1수용부(110) 및 열교환기(200)의 제1냉각수 입구(211)가 병렬로 연결될 수 있으며, 제2전장부품(620)에 리저버 탱크(100)의 제2수용부(120) 및 열교환기(200)의 제2냉각수 입구(221)가 병렬로 연결될 수 있다. 그리하여 방향전환밸브(400)의 제어에 따라 상기한 바와 같은 3가지의 모드로 냉각수 흐름이 형성될 수 있다.
또한, 제1전장부품(610)의 냉각수 출구와 리저버 탱크(100)의 제1수용부(110) 사이에 제1방열기(710)가 연결되어, 제1방열기(710)를 통해 제1냉각수를 냉각시킬 수 있다. 그리고 제2전장부품(620)의 냉각수 출구와 리저버 탱크(100)의 제2수용부(120) 사이에 제2방열기(720)가 연결되어, 제2방열기(720)를 통해 제2냉각수를 냉각시킬 수 있다.
또한, 제1냉각수 및 제2냉각수는 서로 다른 온도로 유지되며, 전장 부품들의 온도 및 외기 온도에 따라 각각의 냉각수 흐름이 제어될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 급수 모듈을 포함한 전장 냉각 시스템은 냉각 시스템의 부품수와 조립 공수를 줄일 수 있으며, 장착 편의성의 증대될 수 있다. 또한, 냉각 시스템에 작용하는 냉각수 측의 유동 저항을 낮출 수 있고, 이를 통해 냉각수 펌프에 걸리는 부하가 감소되어 냉각 시스템 성능 및 내구 품질을 향상시킬 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 도 9 및 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 급수 모듈을 모델링한 조립사시도 및 분해사시도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 급수 모듈에서는 리저버 탱크(100)의 제1냉각수 입구(111)와 제2냉각수 입구(121)가 폭방향 측면에 형성될 수 있다. 그리고 열교환기(200)의 제1냉각수 입구(211)에는 2개 분기관이 연결되어 제1냉각수 입구(211)에 분기관들이 모두 연통될 수 있다. 마찬가지로 제2냉각수 입구(221)에도 2개 분기관이 연결되어 제2냉각수 입구(221)에 분기관들이 모두 연통될 수 있다.
그리하여 도 12의 본 발명의 일실시예에 따른 급수 모듈을 포함한 전장 냉각 시스템을 참조하면, 도시된 바와 같이 제1냉각수의 유동 경로가 형성될 수 있다. 여기에서 제1전장부품(610)은 배터리 및 냉각수 히터가 될 수 있으며, 제1방열기(710)는 저온측 라디에이터가 될 수 있다. 도 12에서는 제1냉각수의 흐름만을 나타내었으나, 제2냉각수도 제1냉각수와 마찬가지의 형태로 흐르도록 구성될 수 있으며, 제2전장부품과 제2방열기의 구성만 다른 형태가 될 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.
100 : 리저버 탱크
101 : 제1장착부 102 : 제2장착부
103 : 격벽
110 : 제1수용부 111 : 제1냉각수 입구
112 : 제1냉각수 출구 120 : 제2수용부
121 : 제2냉각수 입구 122 : 제2냉각수 출구
130 : 제1관통 유로 140 : 제2관통 유로
200 : 열교환기
210 : 제1냉각수 유로 211 : 제1냉각수 입구
212 : 제1냉각수 출구 220 : 제2냉각수 유로
221 : 제2냉각수 입구 222 : 제2냉각수 출구
230 : 냉매 유로
300 : 제어기 310 : 케이스
301 : 제1-1입구 302 : 제1-2입구
303 : 제2-1입구 304 : 제2-2입구
305 : 제1출구 306 : 제2출구
400 : 방향전환밸브 410 : 하우징
411 : 제1포트 412 : 제2포트
413 : 제3포트 414 : 제4포트
415 : 제5포트 416 : 제6포트
420 : 회전체
510 : 제1냉각수 펌프 520 : 제2냉각수 펌프
610 : 제1전장부품 620 : 제2전장부품
710 : 제1방열기 720 : 제2방열기

Claims (19)

  1. 서로 다른 온도를 갖는 제1냉각수와 제2냉각수가 구획되어 수용되는 리저버 탱크;
    상기 제1냉각수와 제2냉각수가 유동되는 냉각수 유로들이 형성되고, 상기 냉각수 유로들과 열교환할 수 있는 냉매 유로가 형성되며, 상기 리저버 탱크에 결합된 열교환기; 및
    상기 리저버 탱크에 결합되고, 복수의 방향으로 냉각수의 흐름을 제어하는 방향전환밸브를 포함하는 제어기;
    를 포함하는 급수 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리저버 탱크는 격벽에 의해 내부 공간이 구획되어 상기 제1냉각수가 수용되는 제1수용부 및 상기 제2냉각수가 수용되는 제2수용부가 형성된 것을 특징으로 하는 급수 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1냉각수 및 제2냉각수는 서로 혼합되지 않고 별개로 유동되는 것을 특징으로 하는 급수 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 방향전환밸브는 리저버 탱크 및 열교환기에 연결되어 6방향의 냉각수 흐름을 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 급수 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어기에 결합되며 상기 제어기와 연통된 제1냉각수 펌프 및 제2냉각수 펌프를 더 포함하여 이루어지고,
    상기 리저버 탱크는 격벽에 의해 내부 공간이 구획되어 상기 제1냉각수가 수용되는 제1수용부 및 상기 제2냉각수가 수용되는 제2수용부가 형성되며,
    상기 열교환기는 제1냉각수 및 제2냉각수가 구획되어 유동되며,
    상기 리저버 탱크는 열교환기와 그 반대편에 배치된 제어기를 서로 연통시키되, 상기 리저버 탱크의 제1수용부 및 제2수용부와 연통되지 않는 관통 유로가 형성되며,
    상기 제어기는 리저버 탱크의 제1수용부 및 제2수용부와 각각 연통되고, 상기 제어기는 열교환기의 제1냉각수 유로 및 제2냉각수 유로와 각각 연통되며, 상기 제어기는 적어도 6방향의 냉각수 흐름을 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 급수 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1냉각수 펌프의 냉각수 입구가 상기 제어기의 제1출구에 연결되며, 상기 제2냉각수 펌프의 냉각수 입구가 상기 제어기의 제2출구에 연결되며,
    상기 제1냉각수가 유입되는 제어기의 제1-1입구가 상기 리저버 탱크의 제1수용부에 연결되고, 상기 제2냉각수가 유입되는 제어기의 제2-1입구가 상기 리저버 탱크의 제2수용부에 연결되며,
    상기 제1냉각수가 유입되는 제어기의 제1-2입구가 상기 열교환기의 제1냉각수 출구에 연결되고, 상기 제2냉각수가 유입되는 제어기의 제2-2입구가 상기 열교환기의 제2냉각수 출구에 연결된 것을 특징으로 하는 급수 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 리저버 탱크는, 상기 제1수용부를 관통하되 제1수용부의 내부 공간과는 차폐된 제1관통 유로가 형성되고, 상기 제2수용부를 관통하되 제2수용부의 내부 공간과는 차폐된 제2관통 유로가 형성되며,
    상기 제어기의 제1-2입구와 상기 열교환기의 제1냉각수 출구는 상기 제1관통 유로를 통해 연결되며, 상기 제어기의 제2-2입구와 상기 열교환기의 제2냉각수 출구는 상기 제2관통 유로를 통해 연결된 것을 특징으로 하는 급수 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 리저버 탱크는 길이방향 일측에 오목하게 제1장착부가 형성되어 상기 제1장착부에 열교환기가 장착되고,
    상기 리저버 탱크는 길이방향 타측에 오목하게 제2장착부가 형성되어 상기 제2장착부에 제어기가 장착된 것을 특징으로 하는 급수 모듈.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 제어기, 제1냉각수 펌프 및 제2냉각수 펌프는 일체의 어셈블리로 구성되고,
    상기 제어기의 폭방향 일측에 제1냉각수 펌프가 장착되며 폭방향 타측에 제2냉각수 펌프가 장착된 것을 특징으로 하는 급수 모듈.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제어기는,
    냉각수가 유입되는 상기 제1-1입구, 제1-2입구, 제2-1입구, 제2-2입구 및 냉각수가 배출되는 상기 제1출구, 제2출구가 형성된 케이스를 더 포함하고,
    상기 케이스의 내부에 방향전환밸브가 구비되며, 상기 제어기의 입구 및 출구들은 방향전환밸브의 6개의 포트에 대응되게 연결된 것을 특징으로 하는 급수 모듈.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제1냉각수 펌프, 제2냉각수 펌프 및 방향전환밸브의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함하는 급수 모듈.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 방향전환밸브는,
    6개의 포트가 형성된 하우징; 및
    상기 하우징의 내부에 구비되어 상기 하우징의 내부 공간을 4개의 영역으로 구획하며 중심을 기준으로 회전 가능하게 형성된 회전체;
    를 포함하는 급수 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 6개의 포트 중 제1포트는 상기 리저버 탱크의 제1수용부에 연결되고, 상기 제2포트는 상기 제1냉각수 펌프에 연결되며, 제3포트는 상기 열교환기의 제1냉각수 출구에 연결되며, 제4포트는 상기 리저버 탱크의 제2수용부에 연결되며, 제5포트는 상기 제2냉각수 펌프에 연결되며, 제6포트는 상기 열교환기의 제2냉각수 출구에 연결된 것을 특징으로 하는 급수 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 회전체의 회전 위치에 따른 제1모드에서는,
    상기 리저버 탱크의 제1수용부와 제1냉각수 펌프가 연통되며, 상기 리저버 탱크의 제2수용부와 제2냉각수 펌프가 연통되는 것을 특징으로 하는 급수 모듈.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 회전체의 회전 위치에 따른 제2모드에서는,
    상기 열교환기의 제1냉각수 출구와 제1냉각수 펌프가 연통되며, 상기 열교환기의 제2냉각수 출구와 제2냉각수 펌프가 연통되는 것을 특징으로 하는 급수 모듈.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 회전체의 회전 위치에 따른 제3모드에서는,
    상기 리저버 탱크의 제1수용부와 제1냉각수 펌프가 연통되며, 상기 열교환기의 제2냉각수 출구와 제2냉각수 펌프가 연통되는 것을 특징으로 하는 급수 모듈.
  17. 제5항 내지 제12항 중 어느 한 항의 급수 모듈;
    상기 제1냉각수 펌프의 냉각수 출구와 상기 열교환기의 제1냉각수 입구가 연결되고, 상기 제1냉각수 펌프의 냉각수 출구와 상기 열교환기의 제1냉각수 입구 사이에 연결된 제1전장부품; 및
    상기 제2냉각수 펌프의 냉각수 출구와 상기 열교환기의 제2냉각수 입구가 연결되고, 상기 제2냉각수 펌프의 냉각수 출구와 상기 열교환기의 제2냉각수 입구 사이에 연결된 제2전장부품; 을 포함하는 전장 냉각 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1전장부품에 상기 리저버 탱크의 제1수용부 및 상기 열교환기의 제1냉각수 입구가 병렬로 연결되고,
    상기 제2전장부품에 상기 리저버 탱크의 제2수용부 및 상기 열교환기의 제2냉각수 입구가 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 전장 냉각 시스템.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제1전장부품의 냉각수 출구와 상기 리저버 탱크의 제1수용부 사이에 연결된 제1방열기; 및
    상기 제2전장부품의 냉각수 출구와 상기 리저버 탱크의 제2수용부 사이에 연결된 제2방열기;를 더 포함하는 전장 냉각 시스템.
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