KR20230100312A

KR20230100312A - 기액분리기 및 이를 포함하는 차량용 통합 열관리 시스템의 냉매모듈

Info

Publication number: KR20230100312A
Application number: KR1020210190064A
Authority: KR
Inventors: 이상신; 김기목; 오만주; 이세민; 김만희; 박봉준
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사; 현대위아 주식회사
Priority date: 2021-12-28
Filing date: 2021-12-28
Publication date: 2023-07-05

Abstract

본 발명은 비교적 사이즈가 크고 형상 변경이 용이한 기액분리기의 형상을 개선하여 냉매 관련 부품들을 모듈화하면서 부품을 컴팩트화시킬 수 있는 기액분리기 및 이를 포함하는 차량용 통합 열관리 시스템의 냉매모듈에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 기액분리기는 압축기 및 증발기와 직접 연결되어 냉매가 유동되도록 구성되는 기액분리기로서, 액상의 냉매와 기상의 냉매가 분리되는 분리공간이 내부에 형성되는 함체로 이루어지고, 측면에는 상기 압축기가 삽입되어 장착되는 장착홈부가 형성되는 본체와; 상기 증발기에서 토출된 냉매가 상기 본체의 분리공간으로 흡입되도록 구비되는 제 1 흡입포트와; 상기 본체의 분리공간에서 냉매가 토출되어 상기 압축기로 흡입되도록 구비되는 제 2 토출포트를 포함한다.

Description

기액분리기 및 이를 포함하는 차량용 통합 열관리 시스템의 냉매모듈{ACCUMULATOR AND REFRIGERANT MOUDULE OF INTEGRATED THERMAL MANAGEMENT SYSTEM FOR VEHICLE INCLUDING THE SAME}

본 발명은 기액분리기 및 이를 포함하는 차량용 통합 열관리 시스템의 냉매모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비교적 사이즈가 크고 형상 변경이 용이한 기액분리기의 형상을 개선하여 냉매 관련 부품들을 모듈화하면서 부품을 컴팩트화시킬 수 있는 기액분리기 및 이를 포함하는 차량용 통합 열관리 시스템의 냉매모듈에 관한 것이다.

최근 내연기관 차량의 환경적인 이슈로 인하여 전기차 등이 친환경 차량으로 보급이 확대되는 추세이다. 그러나 기존의 내연기관 차량의 경우 엔진의 폐열을 이용하여 실내를 난방할 수 있어 별도의 난방을 위한 에너지가 필요치 않았지만, 전기차 등과 같은 친환경 차량의 경우에는 엔진과 같은 열원이 없기 때문에 별도의 에너지를 통하여 난방을 수행하여야 하였고, 이로 인하여 연비가 하락하는 문제가 발생하였다.

또한, 전기차에서 연비 하락과 같은 이슈는 전기차의 주행가능거리를 단축시키는 원인이 되었고, 이로 인하여 잦은 충전이 필요하게 되는 등 불편함을 주고 있는 것이 사실이다.

그래서, 전기차와 같은 친환경 차량의 공기조화장치에는 내연기관 차량의 공기조화장치와는 다른 방식의 히트펌프 시스템이 적용되고 있다.

일반적으로 히트펌프 시스템(Heat pump system)은 냉매의 발열 또는 응축열을 이용하여 저온의 열원을 고온으로 전달하거나 고온의 열원을 저온으로 전달하는 냉난방장치로서, 난방시에는 외부의 열을 흡수하여 실내로 방출하고, 냉방시에는 실내의 열을 외부로 방출시키는 냉난방 시스템이다.

하지만, 전기차와 같은 친환경 차량은 공기조화장치와 더불어 배터리, 모터 등의 전장부품들에 대한 열관리 니즈도 새로이 추가되었다.

즉, 전기차와 같은 친환경 차량에 적용되는 실내공간과 배터리, 전장부품들의 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 냉각수라인, 냉매라인 및 부품들을 통합하여 모듈화할 필요가 있는데, 복수의 부품들을 모듈화하면서도 제조가 간단하고 패키지적인 측면에서도 컴팩트한 모듈화의 개념이 필요한 것이다.

상기의 배경기술로서 설명된 내용은 본 발명에 대한 배경을 이해하기 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

US 2019-0039440 (2019.02.07)

본 발명은 비교적 사이즈가 크고 형상 변경이 용이한 기액분리기의 형상을 개선하여 냉매 관련 부품들을 모듈화하면서 부품을 컴팩트화시킬 수 있는 기액분리기 및 이를 포함하는 차량용 통합 열관리 시스템의 냉매모듈을 제공한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있는 것으로 보아야 할 것이다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 기액분리기는 압축기 및 증발기와 직접 연결되어 냉매가 유동되도록 구성되는 기액분리기로서, 액상의 냉매와 기상의 냉매가 분리되는 분리공간이 내부에 형성되는 함체로 이루어지고, 측면에는 상기 압축기가 삽입되어 장착되는 장착홈부가 형성되는 본체와; 상기 증발기에서 토출된 냉매가 상기 본체의 분리공간으로 흡입되도록 구비되는 제 1 흡입포트와; 상기 본체의 분리공간에서 냉매가 토출되어 상기 압축기로 흡입되도록 구비되는 제 2 토출포트를 포함한다.

상기 제 1 흡입포트는 상기 분리공간과 연통되면서 상기 본체의 상면에서 상부방향으로 형성되고, 상기 제 1 토출포트는 상기 분리공간과 연통되면서 상기 본체의 장착홈부가 형성된 상단영역의 저면에서 하부방향으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 장착홈부는 상기 본체의 길이방향을 따라 일정한 단면을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 장착홈부의 단면 형상은 상기 압축기의 외주면 중 일부분을 감싸는 형상인 것을 특징으로 한다.

상기 본체의 장착홈부가 형성된 하단영역의 상면에는 상기 압축기가 마운팅되는 마운팅 부재가 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기 본체의 상단영역은 상기 증발기가 안착되도록 평평하게 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 본체의 상단영역은 상기 본체의 길이방향을 기준으로 일측에 상기 제 1 흡입포트와 제 1 토출포트가 형성되고, 타측에는 상기 압축기의 일부가 상하방향으로 관통되는 관통홀부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 통합 열관리 시스템의 냉매모듈은 냉매가 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기 및 기액분리기를 순환하도록 구성되는 냉매모듈로서, 액상의 냉매와 기상의 냉매가 분리되는 분리공간이 내부에 형성되는 함체로 이루어지면서 측면에는 오목 형태의 장착홈부가 형성되는 본체가 구비되고, 상기 증발기에서 토출된 냉매가 상기 본체의 분리공간으로 흡입되는 제 1 흡입포트가 구비되며, 상기 본체의 분리공간에서 냉매가 토출되어 상기 압축기로 흡입되는 제 2 토출포트가 구비되는 기액분리기와; 상기 기액분리기의 장착홈부에 삽입되어 장착되고, 상기 기액분리기로부터 토출되는 냉매가 흡입되는 제 2 흡입포트가 구비되며, 압축된 냉매가 토출되는 제 2 토출포트가 구비되는 압축기와; 상기 기액분리기의 상부에 배치되고, 상기 압축기로부터 토출되는 냉매가 흡입되는 제 3 흡입포트가 구비되고, 열교환된 냉매가 토출되는 제 3 토출포트가 구비되는 응축기와; 상기 기액분리기의 상부에 배치되고, 상기 응축기에서 토출되는 냉매가 흡입되는 제 4 흡입포트가 구비되며, 팽창된 냉매가 토출되는 제 4 토출포트가 구비되는 팽창밸브와; 상기 기액분리기의 상부에 배치되고, 상기 팽창밸브에서 토출되는 냉매가 흡입되는 제 5 흡입포트가 구비되고, 열교환된 냉매가 토출되는 제 5 토출포트가 구비되는 증발기를 포함한다.

상기 기액분리기의 제 1 토출포트와 상기 압축기의 제 2 흡입포트는 직접 연결되고, 상기 압축기의 제 2 토출포트와 상기 응축기의 제 3 흡입포트는 직접 연결되며, 상기 응축기의 제 3 토출포트와 상기 팽창밸브의 제 4 흡입포트는 직접 연결되고, 상기 팽창밸브의 제 4 토출포트와 상기 증발기의 제 5 흡입포트는 직접 연결되며, 상기 증발기의 제 5 토출포트와 상기 기액분리기의 제 1 흡입포트는 직접 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 기액분리기의 상단영역은 상기 본체의 길이방향을 기준으로 일측에 상기 제 1 흡입포트와 제 1 토출포트가 형성되고, 타측에는 상기 압축기의 일부가 상하방향으로 관통되는 관통홀부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 기액분리기의 제 1 토출포트는 상기 분리공간과 연통되면서 상기 본체의 장착홈부가 형성된 상단영역의 저면에서 하부방향으로 형성되며, 상기 압축기의 제 2 흡입포트는 상기 압축기의 상단부에서 상부방향으로 형성되되, 상기 기액분리기에 형성된 제 1 토출포트의 직하방에 배치되어 상기 제 1 토출포트와 제 2 흡입포트가 직접 연결되면서 연통되는 것을 특징으로 한다.

상기 기액분리기의 제 1 흡입포트는 상기 분리공간과 연통되면서 상기 본체의 상면에서 상부방향으로 형성되고, 상기 증발기의 제 5 토출포트는 상기 증발기의 하단부에서 하부방향으로 형성되되, 상기 기액분리기에 형성된 제 1 흡입포트의 직상방에 배치되어 상기 제 5 토출포트와 제 1 흡입포트가 직접 연결되면서 연통되는 것을 특징으로 한다.

상기 압축기의 제 2 토출포트는 상기 압축기의 상단부에서 상부방향으로 형성되되, 상기 기액분리기에 형성된 관통홀부의 직하방에 배치되어 상기 제 2 토출포트가 상기 관통홀부를 통과하여 기액분리기의 상부로 돌출되고, 상기 응축기의 제 3 흡입포트는 상기 응축기의 하단부에서 하부방향으로 형성되되, 상기 압축기에 형성된 제 2 토출포트의 직상방에 배치되어 상기 제 2 토출포트와 제 3 흡입포트가 직접 연결되면서 연통되는 것을 특징으로 한다.

상기 팽창밸브는 상기 기액분리기의 상단부에 부착되되, 제 4 흡입포트 및 제 4 토출포트가 상기 팽창밸브의 상단부에서 상부방향으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 응축기의 제 3 토출포트는 상기 응축기의 하단부에서 하부방향으로 형성되되, 상기 팽창밸브에 형성된 제 4 흡입포트의 직상방에 배치되어 상기 제 3 토출포트와 제 4 흡입포트가 직접 연결되면서 연통되는 것을 특징으로 한다.

상기 증발기의 제 5 흡입포트는 상기 증발기의 하단부에서 하부방향으로 형성되되, 상기 팽창밸브에 형성된 제 4 토출포트의 직상방에 배치되어 상기 제 4 토출포트와 제 5 흡입포트가 직접 연결되면서 연통되는 것을 특징으로 한다.

상기 응축기 및 증발기는 상기 팽창밸브를 사이에 두고 상기 기액분리기의 상단부에 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 기액분리기의 상단부에는 상기 응축기 또는 증발기와의 사이 공간에 배치되는 적어도 하나 이상의 스페이서가 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 기액분리기의 장착홈부가 형성된 하단영역의 상면에는 상기 압축기가 마운팅되는 마운팅 부재가 구비되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 기액분리기의 형상의 개선하여 다른 냉매 관련 부품들이 설치될 수 있도록 함으로써, 냉매 관련 부품들을 통합하여 모듈화 시킬 수 있다.

이에 따라 냉매를 활용한 다양한 모드의 냉난방 시스템에 냉매모듈을 콤팩트하게 적용할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 냉매가 순환되는 경로를 최소로 단축시킬 수 있기 때문에 순환되는 냉매의 양을 저감하면서도 냉각수와의 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템의 냉매모듈을 구성하는 부품의 구성도이고,
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템의 냉매모듈을 보여주는 사시도이며,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기액분리기를 보여주는 사시도이고,
도 5a는 도 4의 A-A선에 대한 단면도이며,
도 5b는 도 4의 B-B선에 대한 단면도이고,
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매모듈의 조립순서를 보여주는 사시도이며,
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템의 냉매모듈을 보여주는 절개 사시도이고,
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템의 냉매모듈을 보여주는 요부 단면도이며,
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템의 냉매모듈을 보여주는 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템의 냉매모듈을 구성하는 부품의 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템의 냉매모듈은 냉매가 압축기(200), 응축기(300), 팽창밸브(400), 증발기(500) 및 기액분리기(100)를 순차적으로 순환하도록 구성된다.

부연하자면, 냉매는 압축기(200)에서 압축된 다음 응축기(300)로 유동되어 냉각수와 열교환되면서 응축된다. 이렇게 응축된 냉매는 팽창밸브(400)로 유동되어 냉매가 팽창된다. 그리고, 팽창밸브(400)에서 팽창된 냉매는 증발기(500)로 유동되어 냉각수와 열교환되면서 증발된 다음 기액분리기(100)로 유입된다. 기액분리기(100)에서는 기상인 냉매와 액상인 냉매를 분리한 다음 기상인 냉매를 압축기(200)로 유동시킨다.

이렇게 냉매는 압축기(200), 응축기(300), 팽창밸브(400), 증발기(500) 및 기액분리기(100)를 순차적으로 통과한 다음 압축기(200)으로 순환되면서 응축기(300) 및 증발기(500)에서 각각 냉각수를 승온시키거나 냉각시키게 된다.

한편, 종래에는 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기 및 기액분리기 사이에서 순환되는 냉매는 각 부품들을 연결하는 연결 파이프나 연결 호스를 통하여 유동되지만, 본 발명에서는 비교적 사이즈가 크고, 형상의 형상의 변경이 용이한 기액분리기의 형상을 개선하면서 기액분리기에 압축기(200), 응축기(300), 팽창밸브(400) 및 증발기(500)를 연결시키는 방법으로 개선시킴으로써, 냉매가 유동되는 연결 파이프나 연결 호스를 삭제하여 냉매관련 부품들과 라인들을 모듈화한 것이다.

다음으로, 본 발명에서 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기가 삽입 또는 부착되는 기액분리기에 대하여 먼저 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기액분리기를 보여주는 사시도이고, 도 5a는 도 4의 A-A선에 대한 단면도이며, 도 5b는 도 4의 B-B선에 대한 단면도이다.

기액분리기(100)는 압축기(200) 및 증발기(500)와 직접 연결되어 냉매가 유동되는 구성으로서, 증발기(500)로부터 흡입되는 냉매를 액상의 냉매와 기상의 냉매를 분리한 다음 기상의 냉매를 압축기로 순환시키는 수단이다. 기액분리기(100)는 비교적 사이즈가 크고, 형상의 변경이 용이하다. 이에 따라 본 발명은 이러한 기액분리기의 특성을 활용하여 기액분리기의 형상을 변경하였다.

부연하자면, 액상의 냉매와 기상의 냉매가 분리되는 분리공간이 내부에 형성되는 함체로 이루어지고, 측면에는 압축기(200)가 삽입되어 장착되는 장착홈부(111)가 형성되는 본체(110)와; 증발기(500)에서 토출된 냉매가 본체(110)의 분리공간으로 흡입되도록 구비되는 제 1 흡입포트(120)와; 본체(110)의 분리공간에서 냉매가 토출되어 압축기(200)로 흡입되도록 구비되는 제 2 토출포트(220)를 포함한다.

본체(110)는 내부에 분리공간이 형성되는 대략 육면체 형상의 함체로 형성된다. 이때 본체(110)의 측면에는 압축기가 삽입되는 공간을 제공하는 장착홈부(111)가 형성된다.

그래서, 장착홈부(111)는 압축기(200)의 외관에 대응하여 형성되는 것이 바람직하다. 특히, 장착홈부(111)의 단면 형상은 압축기(200)의 외주면 중 일부분인 절반정도를 감싸는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어 압축기는 길이방향을 따라 일정한 원형의 단면을 갖도록 길이방향으로 긴 원통형상으로 형성된다. 이에 따라 장착홈부(111)는 원통형상의 압축기(200)가 측면방향으로 삽입되어 고정될 수 있도록 측면방향으로 개구되면서 길이방향을 따라 일정한 반원형의 단면을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.

다만, 장착홈부(111)의 단면에 대한 반지름은 압축기(200)의 단면에 대한 반지름보다 조금 크게 형성되는 것이 바람직하다. 그래서, 압축기(200)가 본체(110)의 장착홈부(111)에 용이하게 삽입될 수 있도록 한다.

그리고, 본체(110)의 상단면은 응축기(300), 팽창밸브(400) 및 증발기(500)가 안착되어 설치될 수 있도록 평평하게 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 본체(110)의 상단부에는 응축기(300) 및 증발기(500)와 같은 다른 부품이 정위치되거나 올바른 자세로 장착될 수 있도록 다른 부품과의 사이 공간에 배치되는 적어도 하나 이상의 스페이서(150)가 배치될 수 있다.

한편, 본체(110)의 장착홈부(111)가 형성된 하단영역의 상면에는 압축기(200)가 마운팅되는 마운팅 부재(140)가 구비될 수 있다.

이때 마운팅 부재(140)의 형상, 개수 및 위치는 특정하게 한정하는 것이 아니라 본체의 장착홈부(111)로 삽입되는 압축기(200)가 장착홈부(111)에서 견고하게 장착되어 고정될 수 있도록 다양한 형상, 개수 및 위치에 형성되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 장착홈부(111)의 길이방향을 따라 양측 단부영역에 압축기(200)와 장착홈부(111)의 표면 사이 간격만큼의 두께를 갖는 블록형태로 마운팅 부재(140)를 마련하였다.

한편, 제 1 흡입포트(120)는 분리공간과 연통되면서 본체(110)의 상면에서 상부방향으로 형성되고, 제 1 토출포트(130)는 분리공간과 연통되면서 본체(110)의 장착홈부(111)가 형성된 상단영역의 저면에서 하부방향으로 형성된다.

이때 제 1 흡입포트(120)와 제 1 토출포트(130)는 본체(110)의 길이방향을 기준으로 일측에 함께 배치된다. 다만, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 제 1 흡입포트(120)와 제 1 토출포트(130)는 동일 축선 상에 배치되는 것이 아니라, 제 1 흡입포트(120)의 중심 축선과 제 1 토출포트(130)의 중심 축선이 서로 어긋나도록 배치되는 것이 바람직하다. 그래서 제 1 흡입포트(120)로 흡입되는 냉매와 제 1 토출포트(130)로 토출되는 냉매의 유동 경로가 일직선 상으로 중첩되는 것을 방지한다.

그리고, 본체(110)의 상단영역에는 본체(110)의 길이방향을 기준으로 타측에 압축기(200)의 일부, 즉, 후술되는 압축기(200)의 제 2 토출포트(220)가 상하방향으로 관통되는 관통홀부(112)가 형성된다. 이때 관통홀부(112)는 압축기(200)가 장착홈부(111)에 삽입되는데 방해되지 않으면서 압축기(200)의 제 2 토출포트(220)가 통과될 수 있도록 상하방향으로 관통되면서 장착홈부(111)와 같이 측면방향으로 개구된 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

다음으로, 전술된 기액분리기를 포함하는 차량용 통합 열관리 시스템의 냉매모듈에 대하여 설명한다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템의 냉매모듈을 보여주는 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기액분리기를 보여주는 사시도이다.

전술된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템의 냉매모듈은 냉매관련 부품들과 라인들을 모듈화한 것으로서, 냉매관련 부품으로 기액분리기(100), 압축기(200), 응축기(300), 팽창밸브(400) 및 증발기(500)가 구비된다.

여기서, 기액분리기(100), 압축기(200), 응축기(300), 팽창밸브(400) 및 증발기(500)는 각각의 부품이 해당 부품의 기능을 수행할 수 있다면 그 내부 구성은 어떠하여도 무방하다.

다만, 본 실시예에서는 기액분리기(100), 압축기(200), 응축기(300), 팽창밸브(400) 및 증발기(500)를 콤팩트하게 모듈화하기 위하여 그 외관을 개선하였다. 특히, 기액분리기(100), 압축기(200), 응축기(300), 팽창밸브(400) 및 증발기(500)의 배치관계 및 연결관계를 개선하여 냉매가 유동되는 라인을 최소화하기 위하여 기액분리기(100), 압축기(200), 응축기(300), 팽창밸브(400) 및 증발기(500)에서 냉매가 흡입 및 토출되는 포트의 위치 및 개구 방향을 개선하였고, 전술된 바와 같이 비교적 사이즈가 크고 형상의 변경이 용이한 기액분리기(100)의 형상을 개선하여 기액분리기에 압축기(200), 응축기(300), 팽창밸브(400) 및 증발기(500)를 삽입 및 장착시키는 구조를 적용하였다.

기액분리기(100)의 구체적인 구조 및 형상에 대해서는 미리 설명되었기에 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

압축기(200)에는 기액분리기(100)로부터 토출된 냉매가 흡입되는 제 2 흡입포트(210)가 구비되고, 압축된 냉매가 토출되는 제 2 토출포트(220)가 구비된다.

또한, 응축기(300)에는 압축기(200)로부터 토출되는 냉매가 흡입되는 제 3 흡입포트(310)가 구비되고, 냉각수와 열교환된 냉매가 토출되는 제 3 토출포트(320)가 구비된다. 이때, 응축기(300)에는 냉매와 열교환되는 냉각수가 유입 및 토출되는 포트(미도시)가 각각 구비된다.

그리고, 팽창밸브(400)에는 응축기(300)에서 토출되는 냉매가 흡입되는 제 4 흡입포트(410)가 구비되고, 팽창된 냉매가 토출되는 제 4 토출포트(420)가 구비된다.

또한, 증발기(500)에는 팽창밸브(400)에서 토출되는 냉매가 흡입되는 제 5 흡입포트(510)가 구비되고, 냉각수와 열교환된 냉매가 토출되는 제 5 토출포트(520)가 구비된다. 이때 증발기(500)에도 냉매와 열교환되는 냉각수가 유입 및 토출되는 포트(미도시)가 각각 구비된다.

다음으로, 상기와 같이 구성되는 각 구성 요소간 배치 및 연결관계에 대하여 설명한다.

먼저, 냉매가 유동되는 순서에 따라 기액분리기(100)의 제 1 토출포트(130)와 압축기(200)의 제 2 흡입포트(210)는 직접 연결되고, 압축기(200)의 제 2 토출포트(220)와 응축기(300)의 제 3 흡입포트(310)는 직접 연결된다.

그리고, 응축기(300)의 제 3 토출포트(320)와 팽창밸브(400)의 제 4 흡입포트(410)는 직접 연결되고, 팽창밸브(400)의 제 4 토출포트(420)와 증발기(500)의 제 5 흡입포트(510)는 직접 연결되며, 증발기(500)의 제 5 토출포트(520)와 기액분리기(100)의 제 1 흡입포트(120)는 직접 연결된다.

상기와 같은 각 구성 요소간 연결을 위하여 압축기(200)는 기액분리기(100)의 장착홈부(111)에 삽입되어 고정되고, 응축기(300) 및 증발기(500)는 팽창밸브(400)를 사이에 두고 기액분리기(100)의 상단부에 배치된다. 이렇게 기액분리기(100)를 기준으로 압축기(200), 응축기(300), 팽창밸브(400) 및 증발기(500)가 삽입되거나 장착되면서 냉매모듈이 콤팩트하게 모듈화된다.

그리고, 상기와 같은 각 부품간 배치에 따라 기액분리기(100)의 제 1 토출포트(130)는 기액분리기(100)의 장착홈부(111)가 형성된 상단영역의 저면에서 하부방향으로 형성되고, 기액분리기(100)의 제 1 흡입포트(120)는 기액분리기(100)의 상면에서 상부방향으로 형성된다. 이때 제 1 흡입포트(120)와 제 1 토출포트(130)는 기액분리기(100)의 길이방향을 기준으로 일측에 함께 구비된다.

압축기(200)의 제 2 흡입포트(210)는 압축기(200)의 상단부에서 상부방향으로 형성되되, 길이방향을 기준으로 일측영역, 바람직하게는 기액분리기(100)에 형성된 제 1 토출포트(130)의 직하방에 배치된다.

그리고, 압축기(200)의 제 2 토출포트(220)는 압축기(200)의 상단부에서 상부방향으로 형성되되, 길이방향을 기준으로 타측영역, 바람직하게는 기액분리기(100)에 형성된 관통홀부(112)의 직하방에 배치되어 제 2 토출포트(220)가 관통홀부(112)를 통과하여 기액분리기(100)의 상부로 돌출되도록 한다.

응축기(300)의 제 3 흡입포트(310)는 응축기(300)의 하단부에서 하부방향으로 형성되되, 압축기(200)에 형성된 제 2 토출포트(220)의 직상방에 배치되고, 제 3 토출포트(320)는 응축기(300)의 하단부에서 하부방향으로 형성된다.

마찬가지로 증발기(500)의 제 5 토출포트(520)는 증발기(500)의 하단부에서 하부방향으로 형성되되, 기액분리기(100)에 형성된 제 1 흡입포트(120)의 직상방에 배치되고, 제 5 흡입포트(510)는 증발기(500)의 하단부에서 하부방향으로 형성된다.

이에 따라 팽창밸브(400)의 제 4 흡입포트(410) 및 제 4 토출포트(420)가 팽창밸브(400)의 상단부에서 상부방향으로 형성된다. 이때 바람직하게는 팽창밸브(400)의 제 4 흡입포트(410)는 응축기(300)에 형성된 제 3 토출포트(320)의 직하방에 배치되고, 팽창밸브(400)의 제 4 토출포트(420)는 증발기(500)에 형성된 제 5 흡입포트(510)의 직하방에 배치된다.

그리고, 증발기(500)의 제 5 토출포트(520)와 기액분리기(100)의 제 1 흡입포트(120)가 직접 연결되면서 연통되고, 기액분리기(100)의 제 1 토출포트(130)와 압축기(200)의 제 2 흡입포트(210)가 직접 연결되면서 연통되며, 압축기(200)의 제 2 토출포트(220)와 응축기(300)의 제 3 흡입포트(310)가 직접 연결되면서 연통된다.

또한, 응축기(300)의 제 3 토출포트(320)와 팽창밸브(400)의 제 4 흡입포트(410)가 직접 연결되면서 연통되고, 팽창밸브(400)의 제 4 토출포트(420)와 증발기(500)의 제 5 흡입포트(510)가 직접 연결되면서 연통된다.

이렇게, 기액분리기(100), 압축기(200), 응축기(300), 팽창밸브(400) 및 증발기(500)를 순환하는 냉매가 별도의 다른 연결부품 없이 직접 유동되도록 한다.

한편, 기액분리기(100)의 상단부에는 응축기(300) 및 증발기(500)와 함께 팽창밸브(400)가 배치되는데, 응축기(300) 및 증발기(500)과 기액분리기(100)의 상단부 사이에 팽창밸브(400)가 배치되기 때문에 응축기(300) 및 증발기(500)는 기액분리기(100)의 상단부와 적어도 팽창밸브(400) 두께만큼 이격되어 배치된다. 이때 응축기(300)의 제 3 토출포트(320)와 팽창밸브(400)의 제 4 흡입포트(410)가 직접 연결되고, 증발기(500)의 제 5 흡입포트(510)와 팽창밸브(400)의 제 4 토출포트(420)가 직접 연결되기 때문에 응축기(300)와 증발기(500)의 일부분은 팽창밸브(400)에 의해 기액분리기(100)의 상단부에 고정되지만 다른 부분은 기액분리기(100)와 이격된 상태로 배치된다.

그래서, 본 실시예에서는 응축기(300)와 증발기(500)가 기액분리기(100)의 상단부에 안정적인 자세로 부착될 수 있도록 기액분리기(100)의 상단부에는 응축기(300) 또는 증발기(500)와의 사이 공간에 적어도 하나 이상의 스페이서(150)가 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 기액분리기(100)의 장착홈부(111)에 삽입되는 압축기(200)는 그 단면의 반지름이 장착홈부(111)의 단면 반지름보다 조금 작기때문에 장착홈부(111)의 표면과 압축기(200) 사이에 이격공간이 발생된다.

그래서, 본 실시예에서는 기액분리기(100)의 장착홈부(111)가 형성된 하단영역의 상면에는 압축기(200)가 마운팅되는 마운팅 부재(140)가 구비될 수 있다.

이때 마운팅 부재(140)는 압축기(200)와 장착홈부(111)의 표면 사이 간격만큼의 두께를 갖는 블록형태로 마운팅 부재(140)를 마련하는 것이 바람직하다.

다음으로, 본 발명에 따른 기액분리기를 포함하는 차량용 통합 열관리 시스템의 냉매모듈을 조립하는 순서에 대하여 설명한다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매모듈의 조립순서를 보여주는 사시도이고, 도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템의 냉매모듈을 보여주는 절개 사시도이며, 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템의 냉매모듈을 보여주는 요부 단면도이다.

냉매모듈의 조립순서는 크게 금속 소재의 구조물로 구성되는 부품들을 먼저 일체로 용접하여 조립한 다음, 전자회로가 포함된 부품을 조립한다.

예를 들어 기액분리기(100), 응축기(300) 및 증발기(500)는 알루미늄 소재로 구성되는 부품이고, 압축기(200)는 모터 및 제어회로를 포함하는 부품이다. 그리고, 팽창밸브(400)는 제 4 흡입포트(410)와 제 4 토출포트(420)가 형성되는 본체부(401)와 냉매의 유동량을 제어하는 모터와 제어회로가 구성되는 작동부(402)로 구분된다.

그래서, 도 6a와 같이 기액분리기(100), 응축기(300) 및 증발기(500)와 함께 팽창밸브(400)의 본체부(401)를 먼저 용접하여 일체화 시킨다.

이때 기액분리기(100), 응축기(300) 및 증발기(500)와 함께 팽창밸브(400)의 본체부(401)를 일체로 용접하기 위하여 각각의 부품들을 수직으로 배치한 다음 냉매모듈의 최상단과 최하단에 용접을 위한 조립 지그를 부착한 다음 한번의 용접으로 각 부품을 일체화 시킨다.

이에 따라 도 7b에 도시된 바와 같이 응축기(300)의 제 3 토출포트(320)와 팽창밸브(400)의 제 4 흡입포트(410)가 일체로 용접되고, 팽창밸브(400)의 제 4 토출포트(420)와 증발기(500)의 제 5 흡입포트(510)가 일체로 용접되며, 증발기(500)의 제 5 토출포트(520)와 기액분리기(100)의 제 1 흡입포트(120)가 일체로 용접된다.

이때 기액분리기(100)의 상단에는 스페이서(150)가 함께 용접될 수 있다.

그리고, 도 6b와 같이 압축기(200)를 기액분리기(100)의 장착홈부(111)에 삽입하여 장착시키고, 팽창밸브(400)의 작동부(402)를 팽창밸브(400)의 본체부(401)에 조립된다.

이때 압축기(200)의 제 2 토출포트(220)로 응축기(300)의 제 3 흡입포트(310)가 삽입되면서 일체로 조립되고, 압축기(200)의 제 2 흡입포트(210)로 기액분리기(100)의 제 1 토출포트(130)가 삽입되면서 일체로 조립된다.

한편, 상기의 실시예에서는 냉매모듈로 압축기(200), 응축기(300), 팽창밸브(400), 증발기(500) 및 기액분리기(100)를 구성하였지만, 냉난방 사이클의 다양한 변형예에 따라 응축기의 연결을 삭제하거나 응축기의 연결을 변경할 수 있다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템의 냉매모듈을 보여주는 사시도이다.

도 8a에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템의 냉매모듈은 응축기를 삭제할 수 있다.

이에 따라 압축기(200)의 제 2 토출포트(220)와 팽창밸브(400)의 제 4 흡입포트(410)는 냉난방 사이클을 구성하는 다른 부품에 연결될 수 있도록 할 수 있다.

또한, 도 8b에 도시되나 바와 같이 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템의 냉매모듈은 응축기의 형태를 변경하여 적용할 수 있다.

이에 따라 압축기(200)의 제 2 토출포트(220)와 응축기(300a)의 제 3 흡입포트(310a)는 직접 연결된다. 반면에, 응축기(300a)의 제 3 토출포트(300b)와 팽창밸브(400)의 제 4 흡입포트(410)를 연결시키지 않고 냉난방 사이클을 구성하는 다른 부품에 연결될 수 있도록 할 수 있다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

100: 기액분리기 110: 본체
111: 장착홈부 112: 관통홀부
120: 제 1 흡입포트 130: 제 1 토출포트
140: 마운팅 부재 150: 스페이서
200: 압축기 210: 제 2 흡입포트
220: 제 2 토출포트 300: 응축기
310: 제 3 흡입포트 320: 제 3 토출포트
400: 팽창밸브 401: 본체부
402: 작동부 410: 제 4 흡입포트
420: 제 4 토출포트 500: 증발기
510: 제 5 흡입포트 520: 제 5 토출포트

Claims

압축기 및 증발기와 직접 연결되어 냉매가 유동되도록 구성되는 기액분리기로서,
액상의 냉매와 기상의 냉매가 분리되는 분리공간이 내부에 형성되는 함체로 이루어지고, 측면에는 상기 압축기가 삽입되어 장착되는 장착홈부가 형성되는 본체와;
상기 증발기에서 토출된 냉매가 상기 본체의 분리공간으로 흡입되도록 구비되는 제 1 흡입포트와;
상기 본체의 분리공간에서 냉매가 토출되어 상기 압축기로 흡입되도록 구비되는 제 2 토출포트를 포함하는 기액분리기.
청구항 1에 있어서,
상기 제 1 흡입포트는 상기 분리공간과 연통되면서 상기 본체의 상면에서 상부방향으로 형성되고,
상기 제 1 토출포트는 상기 분리공간과 연통되면서 상기 본체의 장착홈부가 형성된 상단영역의 저면에서 하부방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 기액분리기.
청구항 1에 있어서,
상기 장착홈부는 상기 본체의 길이방향을 따라 일정한 단면을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 기액분리기.
청구항 3에 있어서,
상기 장착홈부의 단면 형상은 상기 압축기의 외주면 중 일부분을 감싸는 형상인 것을 특징으로 하는 기액분리기.
청구항 4에 있어서,
상기 본체의 장착홈부가 형성된 하단영역의 상면에는 상기 압축기가 마운팅되는 마운팅 부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 기액분리기.
청구항 1에 있어서,
상기 본체의 상단영역은 상기 증발기가 안착되도록 평평하게 형성되는 것을 특징으로 하는 기액분리기.
청구항 1에 있어서,
상기 본체의 상단영역은 상기 본체의 길이방향을 기준으로 일측에 상기 제 1 흡입포트와 제 1 토출포트가 형성되고, 타측에는 상기 압축기의 일부가 상하방향으로 관통되는 관통홀부가 형성되는 것을 특징으로 하는 기액분리기.
냉매가 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기 및 기액분리기를 순환하도록 구성되는 냉매모듈로서,
액상의 냉매와 기상의 냉매가 분리되는 분리공간이 내부에 형성되는 함체로 이루어지면서 측면에는 오목 형태의 장착홈부가 형성되는 본체가 구비되고, 상기 증발기에서 토출된 냉매가 상기 본체의 분리공간으로 흡입되는 제 1 흡입포트가 구비되며, 상기 본체의 분리공간에서 냉매가 토출되어 상기 압축기로 흡입되는 제 2 토출포트가 구비되는 기액분리기와;
상기 기액분리기의 장착홈부에 삽입되어 장착되고, 상기 기액분리기로부터 토출되는 냉매가 흡입되는 제 2 흡입포트가 구비되며, 압축된 냉매가 토출되는 제 2 토출포트가 구비되는 압축기와;
상기 기액분리기의 상부에 배치되고, 상기 압축기로부터 토출되는 냉매가 흡입되는 제 3 흡입포트가 구비되고, 열교환된 냉매가 토출되는 제 3 토출포트가 구비되는 응축기와;
상기 기액분리기의 상부에 배치되고, 상기 응축기에서 토출되는 냉매가 흡입되는 제 4 흡입포트가 구비되며, 팽창된 냉매가 토출되는 제 4 토출포트가 구비되는 팽창밸브와;
상기 기액분리기의 상부에 배치되고, 상기 팽창밸브에서 토출되는 냉매가 흡입되는 제 5 흡입포트가 구비되고, 열교환된 냉매가 토출되는 제 5 토출포트가 구비되는 증발기를 포함하는 차량용 통합 열관리 시스템의 냉매모듈.
청구항 8에 있어서,
상기 기액분리기의 제 1 토출포트와 상기 압축기의 제 2 흡입포트는 직접 연결되고,
상기 압축기의 제 2 토출포트와 상기 응축기의 제 3 흡입포트는 직접 연결되며,
상기 응축기의 제 3 토출포트와 상기 팽창밸브의 제 4 흡입포트는 직접 연결되고,
상기 팽창밸브의 제 4 토출포트와 상기 증발기의 제 5 흡입포트는 직접 연결되며,
상기 증발기의 제 5 토출포트와 상기 기액분리기의 제 1 흡입포트는 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 열관리 시스템의 냉매모듈.
청구항 8에 있어서,
상기 기액분리기의 상단영역은 상기 본체의 길이방향을 기준으로 일측에 상기 제 1 흡입포트와 제 1 토출포트가 형성되고, 타측에는 상기 압축기의 일부가 상하방향으로 관통되는 관통홀부가 형성되는 것을 특징으로 하는 통합 열관리 시스템의 냉매모듈.
청구항 10에 있어서
상기 기액분리기의 제 1 토출포트는 상기 분리공간과 연통되면서 상기 본체의 장착홈부가 형성된 상단영역의 저면에서 하부방향으로 형성되며,
상기 압축기의 제 2 흡입포트는 상기 압축기의 상단부에서 상부방향으로 형성되되, 상기 기액분리기에 형성된 제 1 토출포트의 직하방에 배치되어 상기 제 1 토출포트와 제 2 흡입포트가 직접 연결되면서 연통되는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 열관리 시스템의 냉매모듈.
청구항 10에 있어서,
상기 기액분리기의 제 1 흡입포트는 상기 분리공간과 연통되면서 상기 본체의 상면에서 상부방향으로 형성되고,
상기 증발기의 제 5 토출포트는 상기 증발기의 하단부에서 하부방향으로 형성되되, 상기 기액분리기에 형성된 제 1 흡입포트의 직상방에 배치되어 상기 제 5 토출포트와 제 1 흡입포트가 직접 연결되면서 연통되는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 열관리 시스템의 냉매모듈.
청구항 10에 있어서,
상기 압축기의 제 2 토출포트는 상기 압축기의 상단부에서 상부방향으로 형성되되, 상기 기액분리기에 형성된 관통홀부의 직하방에 배치되어 상기 제 2 토출포트가 상기 관통홀부를 통과하여 기액분리기의 상부로 돌출되고,
상기 응축기의 제 3 흡입포트는 상기 응축기의 하단부에서 하부방향으로 형성되되, 상기 압축기에 형성된 제 2 토출포트의 직상방에 배치되어 상기 제 2 토출포트와 제 3 흡입포트가 직접 연결되면서 연통되는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 열관리 시스템의 냉매모듈.
청구항 8에 있어서,
상기 팽창밸브는 상기 기액분리기의 상단부에 부착되되, 제 4 흡입포트 및 제 4 토출포트가 상기 팽창밸브의 상단부에서 상부방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 열관리 시스템의 냉매모듈.
청구항 14에 있어서,
상기 응축기의 제 3 토출포트는 상기 응축기의 하단부에서 하부방향으로 형성되되, 상기 팽창밸브에 형성된 제 4 흡입포트의 직상방에 배치되어 상기 제 3 토출포트와 제 4 흡입포트가 직접 연결되면서 연통되는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 열관리 시스템의 냉매모듈.
청구항 14에 있어서,
상기 증발기의 제 5 흡입포트는 상기 증발기의 하단부에서 하부방향으로 형성되되, 상기 팽창밸브에 형성된 제 4 토출포트의 직상방에 배치되어 상기 제 4 토출포트와 제 5 흡입포트가 직접 연결되면서 연통되는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 열관리 시스템의 냉매모듈.
청구항 8에 있어서,
상기 응축기 및 증발기는 상기 팽창밸브를 사이에 두고 상기 기액분리기의 상단부에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 열관리 시스템의 냉매모듈.
청구항 17에 있어서,
상기 기액분리기의 상단부에는 상기 응축기 또는 증발기와의 사이 공간에 배치되는 적어도 하나 이상의 스페이서가 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 열관리 시스템의 냉매모듈.
청구항 8에 있어서,
상기 기액분리기의 장착홈부가 형성된 하단영역의 상면에는 상기 압축기가 마운팅되는 마운팅 부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 열관리 시스템의 냉매모듈.