KR20160103507A - 쿨링모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명의 쿨링모듈(1000)은 연료전지 스택을 냉각하기 위한 제1라디에이터(100); 공기흐름방향으로 상기 제1라디에이터(100) 전측의 일정 영역에 위치되며, 전장부품을 냉각하기 위한 제2라디에이터(200); 공기흐름방향으로 상기 제1라디에이터(100) 전측의 나머지 영역에 위치되며, 외기와 열교환하여 냉매를 응축하는 제1응축기(300); 상기 제2라디에이터(200) 내부에 구비되어 냉각수와 열교환하여 냉매를 응축하는 제2응축기(400)를 포함한다. 이를 통해, 본 발명의 쿨링모듈(1000)은 제1라디에이터(100)의 전측에 제2라디에이터(200) 및 제1응축기(300)가 나란하게 위치되며, 제2라디에이터(200)의 내부에 제2응축기(400)가 구비됨으로써, 냉매 응축 성능을 높이면서도 소형화가 가능하다.

Description

쿨링모듈{Cooling module}

본 발명은 쿨링모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 제1라디에이터의 전측에 제2라디에이터 및 제1응축기가 나란하게 위치되며, 제2라디에이터의 내부에 제2응축기가 구비됨으로써, 냉매 응축 성능을 높이면서도 소형화가 가능한 쿨링모듈에 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, 연료전지 스택의 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 연료전지 스택 외에도 모터, 인버터, 배터리 스택 등을 포함하는 전기, 전자 구성품인 전장부품 역시 냉각해야하는 데, 상기 연료전지 스택를 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 연료전지 스택 냉각 시스템을, 도 1 (b)는 전장부품 냉각 시스템을 나타내었다.

더욱 상세하게, 상기 연료전지 스택 냉각 시스템(10)은 연료전지 스택(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 연료전지 스택 냉각 시스템(10)은 상기 제1라디에이터(11)와, 워터펌프(15), 및 연료전지 스택(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 연료전지 스택 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 제1라디에이터의 전측에 제2라디에이터 및 제1응축기가 나란하게 위치되며, 제2라디에이터의 내부에 제2응축기가 구비됨으로써, 냉매 응축 성능을 높이면서도 소형화가 가능한 쿨링모듈을 제공하는 것이다.

특히, 본 발명의 목적은 제2라디에이터 및 제1응축기가 나란하게 위치됨으로써 공기의 압력강하량을 줄일 수 있어 주행풍의 풍량이 저하되지 않아 냉각수의 냉방 및 응축기의 응축 성능을 보다 높일 수 있는 쿨링모듈을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 배관에 의해 주행풍을 차단하지 않으며, 배관구성을 단순화하여 조립이 용이하고 소형화가 가능한 쿨링모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 쿨링모듈은 연료전지 스택을 냉각하기 위한 제1라디에이터; 공기흐름방향으로 상기 제1라디에이터 전측의 일정 영역에 위치되며, 전장부품을 냉각하기 위한 제2라디에이터; 공기흐름방향으로 상기 제1라디에이터 전측의 나머지 영역에 위치되며, 외기와 열교환하여 냉매를 응축하는 제1응축기를 포함하며, 상기 제2라디에이터 내부에 구비되어 냉각수와 열교환하여 냉매를 응축하는 제2응축기를 더 포함할 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 쿨링모듈은 제1라디에이터의 전측에 제2라디에이터 및 제1응축기가 나란하게 위치되며, 제2라디에이터의 내부에 제2응축기가 구비됨으로써, 냉매 응축 성능을 높이면서도 소형화가 가능하다.

이 때, 상기 제2라디에이터는, 탱크 및 헤더의 결합에 의해 형성되며 일정거리 이격되어 나란하게 구비되는 한 쌍의 제1헤더탱크와, 상기 제1헤더탱크에 양단이 고정되어 전장부품 냉각수 유로를 형성하는 제1튜브와, 상기 제1튜브 사이에 개재되는 제1핀을 포함하여, 상기 제1헤더탱크 내부에 제2응축기가 구비될 수 있다. 특히, 상기 쿨링모듈은 상기 제2라디에이터가 상기 제1헤더탱크와 높이방향으로 이격되어 구비되며, 상기 제2응축기가 상기 제1헤더탱크 내부 하측에 구비되어 주행풍에 의해 냉각수가 효과적으로 냉각되고, 냉각된 냉각수에 의해 냉매가 효과적으로 냉각될 수 있는 장점이 있다.

또한, 상기 쿨링모듈은 상기 제2응축기로 냉매를 공급하는 유입배관과, 상기 제2응축기를 통과한 냉매를 상기 제1응축기로 공급하는 연결배관과, 상기 제1응축기를 통과한 냉매를 배출하는 배출배관을 포함하여 제2응축기로 냉매를 공급하고, 제2응축기와 제1응축기를 연결하며, 제1응축기의 냉매가 배출될 수 있다.

더욱 상세하게, 상기 제1응축기는, 일정거리 이격되어 나란하게 구비되는 한 쌍의 제2헤더탱크와, 상기 제2헤더탱크에 양단이 고정되어 냉매 유로를 형성하는 제2튜브와, 상기 제2튜브 사이에 개재되는 제2핀과, 상기 제2헤더탱크의 일측에 구비되는 기액분리기를 포함하는 것으로서, 상기 제2응축기는 냉각수에 의해 냉각되는 수랭식이며, 상기 제1응축기는 공기에 의해 냉각되는 공랭식일 수 있다.

이 때, 상기 쿨링모듈은 상기 제2헤더탱크가 차량 폭방향으로 이격되게 구비되며, 상기 기액분리기가 상기 제2라디에이터에 인접한 측에 위치되고, 상기 연결배관은 일측이 상기 기액분리기가 구비된 제2헤더탱크의 상측영역과 연결됨으로써 배관에 의해 주행풍을 차단하지 않으며, 배관의 연결을 단순화할 수 있다.

특히, 상기 연결배관은 상기 제2응축기가 구비되는 제1헤더탱크의 길이방향으로 나란하게 위치되는 제1배관부와, 상기 제1배관부로부터 연장되며 상기 기액분리기의 길이방향으로 절곡되는 제2배관부를 포함하여 외기와 직접적으로 열교환이 일어나는 제2라디에이터의 제1튜브 및 제1핀 형성 영역 및 제1응축기의 제2튜브 및 제2핀 형성 영역을 통과하는 주행풍의 이동을 방해하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

이러한 연결배관은, 상기 제2 라디에이터의 좌측 하단에서 절곡되어 제2 라디에이터의 외측 측면을 따라 세로방향으로 위치되는 제1-1 배관부; 및 상기 제2 라디에이터의 상면을 따라 제1 응축기 방향으로 위치되는 제2-1 배관부를 포함하여 구성할 수도 있다.

또, 상기 배출배관은 상기 기액분리기가 구비되지 않은 제2헤더탱크에 형성되는 것이 바람직하다.

위와 같은 구성을 통해, 상기 쿨링모듈은, 상기 유입배관을 통해 유입된 냉매가 상기 제2응축기를 통과하면서 응축되는 제1영역, 상기 연결배관을 통해 유입되어 상기 제1응축기의 일정 영역을 통과하면서 응축되는 제2영역, 상기 기액분리기를 통해 기액분리되는 제3영역, 및 상기 기액분리기를 통해 분리된 액상 냉매가 과냉각되는 제4영역을 거쳐 상기 배출배관을 통해 배출되며, 이 때, 상기 제2영역은 기액분리기가 연결된 제2헤더탱크에서 연결되지 않은 제2헤더탱크로 이송된 후, 다시 복귀하도록 짝수개의 패스를 가지며, 상기 배출배관이 기액분리기가 연결되지 않은 제2헤더탱크에 구비됨에 따라 상기 제4영역은 홀수개의 패스를 가지므로, 상기 제1응축기의 제2튜브는 홀수개의 패스를 가진다.

그리고 본 발명의 구성에 따르면, 상기 제2 라디에이터에 제2 응축기가 미포함되어 구성된 쿨링모듈의 경우 상기 제1 응축기가 상기 제2라디에이터와 동일한 크기로 구성되거나 더 크게 구성될 수 있다.

그리고 상기 제2 라디에이터에 제2 응축기가 포함되어 구성된 쿨링모듈의 경우에서는 상기 제2라디에이터가 상기 제1응축기보다 크기가 더 크게 구성되는 것이 바람직하다.

이에 따라, 본 발명의 쿨링모듈은 제1라디에이터의 전측에 제2라디에이터 및 제1응축기가 나란하게 위치되며, 제2라디에이터의 내부에 제2응축기가 구비됨으로써, 냉매 응축 성능을 높이면서도 소형화가 가능한 장점이 있다.

특히, 본 발명의 쿨링모듈은 제2라디에이터 및 제1응축기가 나란하게 위치됨으로써 공기의 압력강하량을 줄일 수 있어 주행풍의 풍량이 저하되지 않아 냉각수의 냉방 및 응축기의 응축 성능을 보다 높일 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 쿨링모듈은 배관에 의해 주행풍을 차단하지 않으며, 배관구성을 단순화하여 조립이 용이하고 소형화가 가능한 장점이 있다.

도 1은 차량용 냉각 시스템.
도 2 및 도 3은 각각 종래의 쿨링모듈을 나타낸 개략도.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 쿨링모듈의 사시도, 분해사시도, 및 정면도.
도 7은 본 발명에 따른 쿨링모듈의 제2라디에이터 형성 영역의 단면 개략도.
도 8은 본 발명에 따른 쿨링모듈의 제1응축기 형성 영역의 단면 개략도.
도 9 및 도 10은 각각 본 발명에 따른 쿨링모듈의 제2응축기의 일 예를 나타낸 도면.
도 11은 본 발명에 따른 쿨링모듈의 냉매 흐름을 나타낸 도면.
도 12는 본 발명에 따른 쿨링모듈의 다른 냉매 흐름을 나타낸 도면.
도 13 내지 도 16은 본 발명에 따른 쿨링모듈의 또 다른 냉매 흐름을 나타낸 도면.
도 17은 본 발명에 따른 쿨링모듈을 구성하는 제2라디에이터와 제1응축기의 크기 변경 예를 보인 도면.

이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 쿨링모듈(1000)을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 쿨링모듈(1000)의 사시도, 분해사시도, 및 정면도이며, 도 7은 본 발명에 따른 쿨링모듈(1000)의 제2라디에이터(200) 형성 영역의 단면 개략도이고, 도 8은 본 발명에 따른 쿨링모듈(1000)의 제1응축기(300) 형성 영역의 단면 개략도이다.

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

상기 제1라디에이터(100)는 연료전지 스택을 냉각하기 위한 구성으로서, 일정거리 이격되어 나란하게 구비되는 한 쌍의 헤더탱크(110), 상기 헤더탱크(110)에 양단이 고정되는 튜브(120), 및 상기 튜브(120) 사이에 개재되는 핀(130)을 포함할 수 있다. 즉, 상기 제1라디에이터(100)는 연료전지 스택을 냉각하기 위한 냉각수가 내부에 유동되면서 외기와 열교환하여 냉각된다.

상기 제2라디에이터(200)는 전장부품을 냉각하기 위한 구성으로서, 공기흐름방향으로 상기 제1라디에이터(100) 전측의 일정 영역에 위치된다. 상기 전장부품은 연료전지 스택 외에 모터, 인버터, 배터리 스택 등을 포함하는 전기, 전자 구성품으로서, 이 외에도 연료전지 스택보다 낮은 발열온도를 가지며 냉각해야하는 전자 구성품들일 수 있다. 이 때, 상기 제2라디에이터(200)는 제1헤더탱크(210), 제1튜브(220), 및 제1핀(230)을 포함할 수 있다.

상기 제1헤더탱크(210)는 일정거리 이격되어 나란하게 구비되는 한 쌍으로서, 각각 헤더(211) 및 탱크(212)의 결합에 의해 형성된다. 상기 헤더(211)는 상기 제1튜브(220)가 삽입되도록 상기 제1튜브(220)에 대응되는 크기로 중공된 튜브삽입홀(미도시)이 형성되고, 상기 탱크(212)와 결합되어 전장부품 냉각수가 유동되는 공간을 형성한다. 이 때, 제1헤더탱크(210) 중 하나에는 상기 제2응축기(400)가 내장되며, 상기 제2응축기(400)를 고정하고 상기 제2응축기(400)로 냉매를 공급하고 배출하기 위하여 상기 탱크에 중공부(212a)가 형성된다.

상기 제1튜브(220)는 상기 제1헤더탱크(210)에 양단이 고정되어 냉각수 유로를 형성하고, 상기 제1핀(230)은 상기 제1튜브(220) 사이에 개재된다.

이 때, 상기 제2라디에이터(200)의 제1헤더탱크(210)는 높이방향으로 이격되며, 상기 제2응축기(400)가 상측 또는 하측의 제1헤더탱크(210) 내부에 구비된다.

상기 제1응축기(300)는 공기흐름방향으로 상기 제1라디에이터(100) 전측에 위치되되, 상기 제2라디에이터(200)와 나란하게 구비된다. 즉, 상기 제1응축기(300)는 상기 제2라디에이터(200)와 함께 상기 제1라디에이터(100) 전측에 위치되는 것으로서, 상기 제2라디에이터(200)가 상기 제1라디에이터(100) 전측의 일정 영역에 위치되고, 상기 제1응축기(300)가 상기 제1라디에이터(100) 전측의 나머지 영역에 위치된다. 즉, 상기 도 7 및 도 8은 각각 본 발명의 쿨링모듈(1000)의 측방향 단면도이되, 상기 도 7은 상기 제2라디에이터(200)가 형성된 영역을, 상기 도 8은 상기 제1응축기(300)가 형성된 영역을 나타내었다. 이를 통해, 본 발명의 쿨링모듈(1000)은 제1라디에이터(100)의 전측에 제2라디에이터(200) 및 제1응축기(300)가 나란하게 위치되며, 제2라디에이터(200)의 내부에 제2응축기(400)가 구비됨으로써, 냉매 응축 성능을 높이면서도 소형화가 가능하다.

또한, 상기 제1응축기(300)는 외기와 열교환하여 냉매를 응축하는 구성으로서, 제2헤더탱크(310), 제2튜브(320), 제2핀(330), 및 기액분리기(340)를 포함한다.

상기 제2헤더탱크(310)는 일정거리 이격되어 나란하게 구비된다.

상기 제2튜브(320)는 상기 제2헤더탱크(310)에 양단이 고정되어 냉매 유로를 형성한다. 이 때, 상기 제2튜브(320) 사이에는 제2핀(330)이 개재된다.

상기 기액분리기(340)는 상기 제2헤더탱크(310) 중 하나에 연결되어 기상 냉매와 액상 냉매를 분리하는 것으로서, 기상 냉매가 상측으로 액상 냉매가 하측으로 보내어 최종적으로는 액상 냉매만 상기 제2튜브(320)로 이동되도록 함으로써 냉매의 과냉각을 유도하는 구조를 갖는다. 이 때, 본 발명의 쿨링모듈(1000)은 상기 제1응축기(300)의 제2헤더탱크(310)가 차량 폭방향으로 이격되게 구비되며, 상기 기액분리기(340)가 상기 제2라디에이터(200)에 인접하게 위치한 제2헤더탱크(310)에 연결된다.

이 때, 본 발명의 쿨링모듈(1000)은 팬 및 쉬라우드 조립체(600)를 포함할 수 있으며, 도 7 및 도 8에서, 공기흐름방향으로 상기 제1라디에이터(100)의 후측에 구비된 예를 나타내었다.

상기 제2응축기(400)는 상기 제1응축기(300)와 함께 냉매를 냉각하는 구성으로서, 상기 제2라디에이터(200)의 제1헤더탱크(210) 내부에 구비되어 전장부품 냉각수와 열교환됨으로써 냉매가 냉각된다. 상기 제2응축기(400)는 상기 제2라디에이터(200)의 제1헤더탱크(210) 내부에 구비되는 다양한 형태가 이용될 수 있으며, 상기 도 9는 이중관 형태를 나타내었고, 도 10은 플레이트(430)를 이용한 적층형태를 나타내었다. 상기 도 9에 도시한 제2응축기(400)는 내관(422)과 외관(421)을 갖는 이중관 형태로서, 내관(422)과 외관(421) 사이에 냉매가 유동되며, 내관(422) 내부 및 외관(421) 외부에 전장부품 냉각수가 유동되어 서로 열교환이 일어난다. 도 9에 상기 내관(422)과 외관(421) 사이에 이너핀(미도시)이 구비된 예를 도시하였다. 상기 도 10에 도시한 형태는 플레이트(430)에 의해 형성되는 내부 공간에 냉매가 유동되며 그 외부에 전장부품 냉각수가 유동되어 서로 열교환이 일어난다. 도 9 및 도 10에 도시한 형태 모두 제1헤더탱크(210)의 탱크에 형성된 중공홀에 고정되고 냉매를 유입 및 배출하기 위한 한 쌍의 입출구보스부(410)를 포함한다.

한편, 본 발명의 쿨링모듈(1000)은 냉매가 상기 제2응축기(400)를 통과한 후, 상기 제1응축기(300)로 공급되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 제2응축기(400)의 입출구보스부(410) 중 하나는 냉매를 유입하기 유입배관(510)이 연결되고, 나머지 하나는 냉매를 배출하여 상기 제1응축기(300)로 공급하기 위한 연결배관(520)이 연결된다. 또한, 제1응축기(300)는 상기 제1응축기(300)를 통과한 냉매를 배출하는 배출배관(530)을 포함한다.

상기 유입배관(510)은 상기 입출구보스부(410)로 냉매를 공급하기 위하여 하측에서 차량 폭방향으로 연장형성되며, 상기 연결배관(520)은 상기 제2응축기(400)를 통과한 냉매를 상기 제1응축기(300)로 공급한다. 다시 말해, 상기 유입배관(510)을 통해 상기 제2응축기(400)로 공급된 냉매는 전장부품 냉각수와 열교환됨으로써 1차로 냉각되고, 상기 연결배관(520)을 통해 상기 제1응축기(300)로 공급된 냉매는 외기와 열교환됨으로써 2차로 냉각된 후, 기액분리되고, 과냉각되어 상기 배출배관(530)을 통해 배출된다.

상기 유입배관(510), 연결배관(520) 및 배출배관(530)은 제1응축기(300), 제2응축기(400) 및 제2라디에이터(200)의 구비 위치 등에 따라 다양하게 형성될 수 있으며, 아래에서 그 형태 및 내부 냉매 흐름을 더욱 상세하게 설명한다.

도 4 내지 도 6에 도시한 쿨링모듈(1000)은 상기 제2응축기(400)가 하측의 제1헤더탱크(210) 내부에 위치되고, 상기 제1응축기(300)의 제2헤더탱크(310)가 차량 폭방향으로 형성되며, 상기 한 쌍의 제2헤더탱크(310) 중 기액분리기(340)가 상기 제2라디에이터(200)가 구비되는 측(차량 폭방향으로 중앙 부분)에 위치됨에 따라, 상기 연결배관(520)이 상기 제1응축기(300)의 기액분리기(340)가 연결된 제2헤더탱크(310)의 상측에 연결되어 배관의 구성을 단순화하는 예를 나타내었다. 더욱 상세하게, 상기 연결배관(520)은 상기 제2응축기(400)가 구비되는 제1헤더탱크(210)의 길이방향(폭방향)으로 나란하게 위치되는 제1배관부(521)와, 상기 제1배관부(521)로부터 연장되며 상기 기액분리기(340)의 길이방향(높이방향)으로 절곡되는 제2배관부(522)를 포함한다. 이를 통해, 본 발명의 쿨링모듈(1000)은 제1응축기(300)와 제2응축기(400)를 연결하기 위한 연결배관(520)에 의해 실질적으로 공기와 열교환이 일어나는 제2라디에이터(200)의 제1튜브(220) 및 제1핀(230) 형성 영역 및 제1응축기(300)의 제2튜브(320) 및 제2핀(330) 형성 영역을 가로 막지 않아 열교환성능 저하를 방지할 수 있는 장점이 있다. 또한, 상기 배출배관(530)은 상기 기액분리기(340)가 구비되지 않은 제2헤더탱크(310)에 형성되는 것이 바람직하며, 연장된 일정 영역이 상기 유입배관(510)과 함께 나란하게 상기 제2헤더탱크(310)에 고정되도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명은 도 6b에 도시한 바와 같은 형태로 연결배관을 구성할 수도 있다. 도 6은 본 발명에 따른 쿨링모듈(1000)의 정면도로서, a와 b의 차이점은 연결배관의 설치 위치만 다르고 나머지 구성은 모두 동일하다.

즉, 연결배관(502)은 제2 응축기(400)를 통과한 냉매를 제1 응축기(300)로 공급하는 역할을 하는바, (b)에 도시한 연결배관은 제2 응축기(400)에서 나온 일부가 제2 라디에이터(200)의 좌측 하단에서 절곡되어 그 제2 라디에이터(200)의 외측 측면을 따라 세로방향(높이방향)으로 연장되는 제1-1 배관부(521)와, 좌측 상단에서 가로방향(폭방향)으로 제1 응축기(300)를 향해 절곡 연장되는 제2-1 배관부(522)를 포함하여 구성된다. 즉 도 6b에 도시한 연결배관(520)은 제2 라디에이터(200)의 측면과 상면을 둘러싸는 형상이라 형성되면서 제2 응축기(400)와 제1 응축기(300)를 연결한다.

이러한 배관 구성으로 연결배관을 연결하더라도, 유입배관(510)을 통해 제2 응축기(400)로 공급된 냉매는 전장부품 냉각수와 열교환되어 1차 냉각되고, 연결배관(520)을 통해 제1 응축기(300)로 공급된 냉매는 외기와 열교환되어 2차로 냉각된 후, 기액 분리되고 과냉각되어 배출배관(530)을 통해 배출되게 된다.

도 11은 본 발명에 따른 쿨링모듈(1000)의 냉매 흐름을 나타낸 도면이고, 도 12는 본 발명에 따른 쿨링모듈(1000)의 다른 냉매 흐름을 나타낸 도면이다. (도 11 및 도 12는 각각 도 4 내지 도 6에 도시한 형태의 구체적인 냉매 흐름을 나타내었음)이 때, 더욱 상세한 냉매 흐름은 상기 유입배관(510)을 통해 유입된 냉매가 상기 제2응축기(400)를 통과하면서 응축되는 제1영역(A1), 상기 연결배관(520)을 통해 유입되어 상기 제1응축기(300)의 일정 영역을 통과하면서 응축되는 제2영역(A2), 상기 기액분리기(340)를 통해 기액분리되는 제3영역(A3), 및 상기 기액분리기(340)를 통해 분리된 액상 냉매가 과냉각되는 제4영역(A4)을 거쳐 상기 배출배관(530)을 통해 배출된다. 즉, 상기 제1응축기(300)의 제2튜브(320)를 통해 열교환되는 영역은 제2영역(A2) 및 제4영역(A4)으로서, 상기 제2영역(A2)은 상기 기액분리기(340)가 구비된 측의 제2헤더탱크(310) 상측에 연결배관(520)이 연결됨에 따라 기본적으로, 유입된 냉매가 타측 제2헤더탱크(310)(기액분리기(340)가 구비되지 않은 측의 제2헤더탱크(310))로 이동되는 제2-1영역(A2-1) 및 다시 일측 제2헤더탱크(310)(기액분리기(340)가 구비된 측의 제2헤더탱크(310))로 복귀하는 제2-2영역(A2-2)을 포함하며, 상기 제2헤더탱크(310) 내부 배플의 개수 및 위치에 따라 짝수개의 패스를 갖도록 반복될 수 있다. 또한, 상기 제4영역(A4)은 상기 기액분리기(340)를 통과하는 제3영역(A3)을 통과한 후 액상 냉매만 이동되어 과냉각되는 영역으로서, 상기 배출배관(530)이 타측 제2헤더탱크(310)에 형성됨에 따라 홀수의 패스를 갖는다.

상기 도 11은 일예로서, 상기 제2영역(A2)이 2개의 패스를 가지며, 상기 제4영역(A4)이 하나의 패스를 갖는 예를 나타내었다. 더욱 상세하게, 상기 유입배관(510)을 통해 제2응축기(400)로 유입된 냉매는 전장부품 냉각수에 의해 냉각(제1영역(A1))되고, 상기 연결배관(520)을 통해 일측 제2헤더탱크(310)로 유입되어 상기 제2튜브(320)를 통해 타측 제2헤더탱크(310)로 이동되는 제2-1영역(A2-1)과 다른 제2튜브(320)를 통해 일측 제2헤더탱크(310)로 이동되는 제2-2영역(A2-2)을 포함하여 외기에 의해 냉각(제2영역(A2))되고, 상기 기액분리기(340)를 통과(제3영역(A3))하여 분리된 액상 냉매가 또 다른 제2튜브(320)를 통해 제2헤더탱크(310)로 이동되면서 과냉각(제4영역(A4))되어 상기 배출배관(530)을 통해 배출된다.

또한, 상기 도 12는 다른 예로서, 상기 제2영역(A2)이 4개의 패스를 가지며, 상기 제4영역(A4)이 하나의 패스를 갖는 예를 나타내었다. 상기 도 12에 도시한 예는 상기 도 11에 도시한 예와 동일하되, 상기 제2영역(A2)이 상기 연결배관(520)을 통해 일측 제2헤더탱크(310)로 유입되어 상기 제2튜브(320)를 통해 타측 제2헤더탱크(310)로 이동되는 제2-1영역(A2-1)과 다른 제2튜브(320)를 통해 일측 제2헤더탱크(310)로 이동되는 제2-2영역(A2-2)과, 다시, 또 다른 상기 제2튜브(320)를 통해 타측 제2헤더탱크(310)로 이동되는 제2-3영역(A2-3)과 또 다른 제2튜브(320)를 통해 일측 제2헤더탱크(310)로 이동되는 제2-4영역(A2-4)으로서, 4개의 패스를 갖는 예를 나타내었다.

도 13 내지 도 16은 본 발명에 따른 쿨링모듈(1000)의 또 다른 냉매 흐름을 나타낸 도면이다. 먼저, 도 13에 도시한 형태는 도 11에 도시한 쿨링모듈(1000) 형태와 유사하되, 상기 제2응축기(400)가 상기 제2라디에이터(200)의 상측 제1헤더탱크(210) 내부에 구비되는 예를 나타내었다. 또한, 상기 유입배관(510)이 상기 제2응축기(400)의 좌측에 연결되고, 상기 연결배관(520)이 상기 제2응축기(400)와 인접한 상기 제1응축기(300)의 제2헤더탱크(310)와 연결되며, 상기 배출배관(530)이 상기 기액분리기(340)가 형성되지 않은 제2헤더탱크(310)의 하측으로부터 연장되는 예를 나타내었다.

또한, 도 14 내지 도 16에 도시한 형태는 도 11에 도시한 형태와 비교하여 상기 제2라디에이터(200)와 제1응축기(300)의 위치가 서로 반대로 구비되는 예를 나타내었다. 더욱 상세하게, 상기 유입배관(510)은 우측에 위치한 제2라디에이터(200)의 하측 제1헤더탱크(210) 내부의 제2응축기(400)의 일측(도 14의 우측)과 연결되어 냉매를 이송하고, 상기 연결배관(520)은 상기 제2응축기(400)의 타측 및 상기 제1응축기(300)의 우측 제2헤더탱크(310)를 연결하며, 상기 배출배관(530)이 우측 제2헤더탱크(310)의 하부로부터 상기 제2라디에이터(200)의 하측 제1헤더탱크(210)에 인접하게 연장된다. 이 때, 냉매 흐름은 상기 제1영역(A1) 내지 제4영역을 통과하되, 상기 제2영역(A2)은 상기 연결배관(520)을 통해 도 14의 우측 제2헤더탱크(310)로 유입되어 상기 제2튜브(320)를 통해 좌측 제2헤더탱크(310)로 이동되는 제2-1영역(A2-1)과, 다른 제2튜브(320)를 통해 우측 제2헤더탱크(310)로 이동되는 제2-2영역(A2-2)과, 또 다른 제2튜브(320)를 통해 좌측 제2헤더탱크(310)로 이동되는 제2-3영역(A2-3)을 포함하는 예를 나타내었다.

도 15 및 도 16은 도 14에 도시한 형태와 유사하되, 상기 제2응축기(400)가 상기 제2라디에이터(200)의 상측 제1헤더탱크(210) 내부에 구비되는 예를 나타내었다. 또한, 상기 유입배관(510)이 상기 제2응축기(400)의 우측에 연결되고, 상기 연결배관(520)이 상기 제2응축기(400)와 인접한 상기 제1응축기(300)의 제2헤더탱크(310)와 연결된다. 이 때, 상기 도 15는 상기 배출배관(530)이 하측의 제1헤더탱크(210)에 인접하게 연장되는 예를 나타내었으며, 상기 도 16은 상기 배출배관(530)이 상기 제2라디에이터(200)와 제1응축기(300) 사이를 따라 연장되고 절곡되어 상측의 제1헤더탱크(210)에 인접하게 연장되는 예를 나타내었다.

도 11 내지 도 16에서, 상기 유입배관(510), 연결배관(520) 및 배출배관(530) 내부의 흐름은 점선으로 표시하였다. 도 11 내지 도 16에 도시한 다양한 쿨링모듈(1000)은 실시예들로서, 제2응축기(400)가 구비되는 위치, 제2라디에이터(200) 및 제1응축기(300)의 배치, 제1응축기(300) 내부 배플의 형성 개수 및 위치 등에 따라 다양하게 변형실시될 수 있다.

한편, 본 발명은 제2 라디에이터(200)와 제1 응축기(300)의 크기를 다르게 할 수 있다. 이때 각각의 크기는 제2 응축기(400)의 유무에 따라 달라지게 된다.

제2 응축기(400)가 제2 라디에이터(200) 내에 구성된 경우이다. 이때는 앞서 설명한 실시 예들의 도면과 같이 제2 라디에이터(200)가 제1 응축기(300)보다 더 크게 구성되고 있다. 반면, 제2 응축기(400)가 제2 라디에이터(200) 내에 구성되지 않는 경우이다. 이때는 제1 응축기(300)가 제2 라디에이터(200)의 크기와 같거나 더 크게 구성된다. 즉 제2 응축기(400)의 기능을 제1 응축기(300)가 더 수행해야 하기 때문이다. 이처럼 제1 응축기(300)의 크기를 제2 라디에이터(200)보다 더 크게 구성한 예는 도 17a에 도시하고 있다. 그리고 도 17b은 제1 응축기(300)와 제2 라디에이터(200)의 크기가 거의 동일한 경우를 도시하였다.

이처럼 제2 라디에이터(200)와 제1 응축기(300)의 크기를 다르게 하더라도 냉매 응축 성능은 향상되고 소형화도 가능하다.

본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

1000 : 쿨링모듈
100 : 제1라디에이터
200 : 제2라디에이터
210 : 제1헤더탱크 211 : 헤더
212 : 탱크 212a : 중공부
220 : 제1튜브
230 : 제1핀
300 : 제1응축기
310 : 제2헤더탱크
320 : 제2튜브
330 : 제2핀
340 : 기액분리기
400 : 제2응축기
410 : 입출구보스부
421 : 외관 422 : 내관
430 : 플레이트
510 : 유입배관
520 : 연결배관 521 : 제1배관부
522 : 제2배관부
530 : 배출배관
A1 : 제1영역
A2 : 제2영역
(A2-1 : 제2-1영역, A2-2 : 제2-2영역, A2-3 :　제2-3영역, A2-4 : 제2-4영역)
A3 : 제3영역 A4 : 제4영역
A5 : 제5영역
600 : 팬 및 쉬라우드 조립체

Claims (11)

1. 연료전지 스택을 냉각하기 위한 제1라디에이터;
   공기흐름방향으로 상기 제1라디에이터 전측의 일정 영역에 위치되며, 전장부품을 냉각하기 위한 제2라디에이터; 및
   공기흐름방향으로 상기 제1라디에이터 전측의 나머지 영역에 위치되며, 외기와 열교환하여 냉매를 응축하는 제1응축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 쿨링모듈.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2라디에이터 내부에 구비되어 냉각수와 열교환하여 냉매를 응축하는 제2응축기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 쿨링모듈.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제2라디에이터는,
   헤더와 탱크의 결합에 의해 형성되며 일정거리 이격되어 나란하게 구비되는 한 쌍의 제1헤더탱크와,
   상기 제1헤더탱크에 양단이 고정되어 전장부품 냉각수 유로를 형성하는 제1튜브와,
   상기 제1튜브 사이에 개재되는 제1핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 쿨링모듈.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 쿨링모듈은 상기 제2라디에이터가 상기 제1헤더탱크와 높이방향으로 이격되며, 상기 제2응축기가 하측의 상기 제1헤더탱크 내부에 구비되는 것을 특징으로 하는 쿨링모듈.
   
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 쿨링모듈은,
   상기 제2응축기로 냉매를 공급하는 유입배관;
   상기 제2응축기를 통과한 냉매를 상기 제1응축기로 공급하는 연결배관; 및
   상기 제1응축기를 통과한 냉매를 배출하는 배출배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 쿨링모듈.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 연결배관은,
   상기 제1 헤더탱크의 길이방향으로 나란하게 위치되는 제1 배관부; 및
   상기 제1 배관부로부터 연장되며 기액분리기를 길이방향으로 절곡되어 위치되는 제2 배관부를 포함하는 것을 특징으로 하는 쿨링모듈.
   
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 연결배관은,
   상기 제2 라디에이터의 좌측 하단에서 절곡되어 제2 라디에이터의 외측 측면을 따라 세로방향으로 위치되는 제1-1 배관부; 및
   상기 제2 라디에이터의 상면을 따라 제1 응축기 방향으로 위치되는 제2-1 배관부를 포함하는 것을 특징으로 하는 쿨링모듈.
   
8. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1응축기는,
   일정거리 이격되어 나란하게 구비되는 한 쌍의 제2헤더탱크와,
   상기 제2헤더탱크에 양단이 고정되어 냉매 유로를 형성하는 제2튜브와,
   상기 제2튜브 사이에 개재되는 제2핀과,
   상기 제2헤더탱크의 일측에 구비되는 기액분리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 쿨링모둘.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 쿨링모듈은,
   상기 유입배관을 통해 유입된 냉매가 상기 제2응축기를 통과하면서 응축되는 제1영역,
   상기 연결배관을 통해 유입되어 상기 제1응축기의 일정 영역을 통과하면서 응축되는 제2영역,
   상기 기액분리기를 통해 기액분리되는 제3영역, 및
   상기 기액분리기를 통해 분리된 액상 냉매가 과냉각되는 제4영역을 거쳐 상기 배출배관을 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 쿨링모듈.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 응축기는 상기 제2라디에이터와 크기가 같거가 더 크게 구성되는 것을 특징으로 하는 쿨링모듈.
    
11. 제2항에 있어서,
    상기 제2라디에이터는 상기 제1응축기보다 크기가 더 크게 구성되는 것을 특징으로 하는 쿨링모듈.

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