JP2014118141A - 車両用クーリングモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】冷却水を冷却させるラジエータを含む車両用クーリングモジュールを提供する。
【解決手段】本発明による車両用クーリングモジュールは、車両の前方に配置され、内部に冷却水が流入して外気との熱交換を通じて冷却水を冷却させるラジエータと、冷媒配管を通じて冷媒が流入し、前記ラジエータの内部に配置されて前記ラジエータを通過する冷却水との熱交換を通じて冷媒を凝縮させる第１コンデンサと、前記第１コンデンサと前記冷媒配管を通じて相互連結されて前記第１コンデンサから凝縮された冷媒が流入し、前記ラジエータの前方に配置されて走行中に流入する外気と冷媒の相互熱交換を通じて前記冷媒を追加的に凝縮させる第２コンデンサとを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は冷却水を冷却させるラジエータを含む車両用クーリングモジュールに関する。

一般に、自動車のエアコンシステムは外部の温度変化に関係なく自動車室内の温度を適当な温度に維持して快適な室内環境を維持できるようにするものである。

このようなエアコンシステムは、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮して液化させるコンデンサと、前記コンデンサで凝縮されて液化した冷媒を急速に膨張させる膨張バルブ、および前記膨張バルブで膨張した冷媒を蒸発させながら冷媒の蒸発潜熱を利用して前記エアコンシステムが設置された室内に送風される空気を冷却する蒸発器などを主な構成要素として含む。

しかし、前記のような従来のエアコンシステムは冷媒の凝縮のための冷却時、水冷式コンデンサを適用する場合、冷却水がコンデンサで冷媒と熱交換されることによって、コンデンサの出口冷媒温度が上昇することにより所要動力が増大するという問題点がある。

また、水冷式コンデンサは空冷式コンデンサに比べて冷却水の熱容量が大きくて凝縮圧力は低くなるが、冷却水と冷媒の温度差が小さく、外気に比べて冷却水温が高くてサブクール（Ｓｕｂ ｃｏｏｌ）形成が難しいためにエアコンシステムの全体的な冷房性能が低下するという短所がある。

これを防止するためには大容量のクーリングファンとラジエータが要求されるところ、狭いエンジンルーム内部でレイアウトが不利になり、車両の全体的な重量と原価の側面で悪影響を与える短所もある。

また、狭いエンジンルーム内部に水冷式コンデンサを装着するためにはフェンダの後方またはエンジンルームの後方に装着しなければならないので、空間確保が難しくて連結配管および配置レイアウトが複雑になり、組立性および装着性が低下すると同時に、エンジンルームの熱害が性能阻害として作用することがあり、冷媒流動抵抗が増加して圧縮機の消費動力が増加するという問題点もある。

そして、モータと電気動力部品およびスタックなどが適用される環境に優しい車両の場合には冷却水が各構成要素を冷却した後、コンデンサに流入してその温度が上昇することによって冷媒の凝縮量がさらに低下されるという問題点も有している。

したがって、本発明は前記のような問題点を解決するために発明されたものであって、本発明は冷媒の凝縮時、冷却水を用いる水冷式と外気を用いる空冷式を共に適用するラジエータの性能を向上させるようにする車両用クーリングモジュールを提供することを目的とする。

このような目的を達成するための本発明の実施形態による車両用クーリングモジュールは、車両の前方に配置され、内部に冷却水が流入して外気との熱交換を通じて冷却水を冷却させるラジエータと、冷媒配管を通じて冷媒が流入し、前記ラジエータの内部に配置されて前記ラジエータを通過する冷却水との熱交換を通じて冷媒を凝縮させる第１コンデンサと、前記第１コンデンサと前記冷媒配管を通じて相互連結されて前記第１コンデンサから凝縮された冷媒が流入し、前記ラジエータの前方に配置されて走行中に流入する外気と冷媒の相互熱交換を通じて前記冷媒を追加的に凝縮させる第２コンデンサとを含む。

前記ラジエータは、冷却水が流入する流入口が形成された第１ヘッダータンクと、前記第１ヘッダータンクから一定の間隔離隔して配置され、冷却水が排出される排出口が形成された第２ヘッダータンクと、前記第１ヘッダータンクと第２ヘッダータンクを相互連結し、前記第１、第２ヘッダータンクの長さ方向に沿って一定の間隔で離隔し、間間に放熱ピンが装着される複数個のチューブとを含むことができる。

前記流入口と排出口は、互いに反対方向で前記第１ヘッダータンクと第２ヘッダータンクにそれぞれ形成され得る。

第１コンデンサは、前記第２ヘッダータンクの内部に装着され得る。

前記第１コンデンサは、前記第２ヘッダータンクの内部一側に配置され、冷媒が流入する冷媒流入口を通じて前記第２ヘッダータンクの外部で前記冷媒配管と連結される流入タンクと、前記第２ヘッダータンクの内部で前記流入タンクと離隔して配置され、冷媒が排出される冷媒排出口を通じて前記第２ヘッダータンクの外部で前記冷媒配管と連結される排出タンクと、前記流入タンクと前記排出タンクに対応して前記第２ヘッダータンクの内部で他側にそれぞれ備えられて連結パイプを通じて相互連結される第１、第２連結タンクと、前記流入タンクと前記排出タンクを前記第１、第２連結タンクとそれぞれ連結する複数個の冷媒流動チューブとを含むことができる。

複数個の前記冷媒流動チューブは、前記流入タンク、前記排出タンク、および第１、第２連結タンクの長さ方向に沿って等間隔で離隔して装着され、前記冷媒流動チューブの長さ方向に沿って相互交差した位置に交互に配置されて前記第２ヘッダータンクを流動する冷却水の流動方向を変更する複数個の隔膜が装着され得る。

前記各冷媒流動チューブは、間間に放熱ピンが備えられ得る。

前記第２コンデンサは、前記ラジエータの前方上部に長さ方向に装着され得る。

前記第２コンデンサは、ピン−チューブタイプの熱交換機からなり得る。

前記ラジエータは、車両の幅方向に一側に前記第１コンデンサと前記第２コンデンサを相互連結する冷媒配管上に備えられて前記第１コンデンサから排出される凝縮された冷媒内部に残存する気体状態の冷媒を分離するレシーバードライヤーが装着され得る。

前記第１コンデンサは、前記レシーバードライヤーを通じて前記第２コンデンサと直列に連結され得る。

前述のように本発明の実施形態による車両用クーリングモジュールによれば、冷媒の凝縮時、冷却水を用いる水冷式と外気を用いる空冷式を共に適用することによって、凝縮圧力を低減させ、冷媒の凝縮性能を高めて冷房性能を向上させると同時に、冷却水を外気との熱交換を通じて冷却させるラジエータに含んで統合型に構成することにより、パッケージ性能を向上させる効果がある。

また、冷媒の凝縮圧力低減と凝縮性能を向上させることによって、圧縮機の所要日を低減させることができて車両の全体的な燃費を改善する効果もある。

また、ラジエータの下部に配置されたヘッダータンクの内部に冷却水と熱交換される第１コンデンサを適用することによって、冷却が完了した冷却水と冷媒をより効率的に熱交換させることができ、狭いエンジンルーム内部でレイアウトを簡素化し、空間活用性を向上させ、重量低減および製作原価を節減する効果もある。

本発明の実施形態による車両用クーリングモジュールの投影斜視図である。 本発明の実施形態による車両用クーリングモジュールの投影正面図である。 図１の一部分に対する拡大図であって、本発明の実施形態による車両用クーリングモジュールに適用される第２ヘッダータンクの投影斜視図である。 本発明の実施形態による車両用クーリングモジュールの第２ヘッダータンクで冷却水の流動と第１コンデンサを通過する冷媒の流動を示した図面である。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付した図面に基づいて詳細に説明する。

これに先立ち、本明細書に記載された実施形態と図面に示された構成は本発明の最も好ましい一実施形態に過ぎないだけであり本発明の技術的な思想を全て代弁するのではないので、本出願時点においてこれらを代替できる多様な均等物と変形例があり得るのを理解しなければならない。

そして明細書全体で、ある部分がある構成要素を“含む”という時、これは特に反対になる記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく他の構成要素をさらに含むことができるのを意味する。

また、明細書に記載された“．．．ユニット”、“．．．手段”、“．．．部”、“．．．部材”などの用語は少なくとも一つの機能や動作をする包括的な構成の単位を意味する。

図１と図２は本発明の実施形態による車両用クーリングモジュールの投影斜視図および投影正面図であり、図３は図１の一部分に対する拡大図であって、本発明の実施形態による車両用クーリングモジュールに適用される第２ヘッダータンクの投影斜視図であり、図４は本発明の実施形態による車両用クーリングモジュールの第２ヘッダータンクで冷却水の流動と第１コンデンサを通過する冷媒の流動を示した図面である。

図面に示す通り、本発明の実施形態による車両用クーリングモジュール１００は冷媒の凝縮時、冷却水を用いる水冷式と外気を用いる空冷式を共に適用することによって、凝縮圧力を低減させ、冷媒の凝縮性能を高めて冷房性能を向上させると同時に、冷却水を外気との熱交換を通じて冷却させるラジエータ１１０を含んで構成することにより、パッケージ性能を向上させることができる構造からなる。

このために、本発明の実施形態による車両用クーリングモジュール１００は、図１と図２で示したように、ラジエータ１１０、第１コンデンサ１２０、および第２コンデンサ１３０を含んで構成される。

まず、前記ラジエータ１１０は車両の前方に配置され、内部に冷却水が流入して外気との熱交換を通じて冷却水を冷却させる。

このようなラジエータ１１０は、後方に風を送風するクーリングファン（図示せず）が装着され得る。このようなクーリングファンは走行中に流入する外気と共に前記ラジエータ１１０に風を送風することによって、前記ラジエータ１１０を冷却する。

ここで、前記ラジエータ１１０は、冷却水が流入する流入口１１１が形成された第１ヘッダータンク１１２と、前記第１ヘッダータンク１１２から一定の間隔離隔した位置に配置され、冷却水が排出される排出口１１３が形成された第２ヘッダータンク１１４と、前記第１ヘッダータンク１１２と第２ヘッダータンク１１４を相互連結し、前記第１、第２ヘッダータンク１１２、１１４の長さ方向に沿って一定の間隔で離隔し、間間に放熱ピンＰが装着される複数個のチューブ１１６を含んで構成される。

ここで、前記流入口１１１と排出口１１３は互いに反対方向で前記第１ヘッダータンク１１２と第２ヘッダータンク１１４にそれぞれ形成され得る。

このように構成される前記ラジエータ１１０はピン−チューブタイプの熱交換機であって、前記第１ヘッダータンク１１２に流入して各チューブ１１６を通じて第２ヘッダータンク１１４に流動する冷却水は各チューブ１１６の間間に流入する外気と相互熱交換を通じて冷却される。

この時、前記放熱ピンＰは前記各チューブ１１６の間間に構成されて、各チューブ１１６を通じて流動する冷却水から伝達される熱を外部に放出する。

一方、本実施形態では前記第１、第２ヘッダータンク１１２、１１４がラジエータ１１０の上部および下部にそれぞれ配置されることを一実施形態として説明しているが、これに限定されず、前記第１、第２ヘッダータンク１１２、１１４は車両の幅方向を基準に前記ラジエータ１１０の両側にそれぞれ配置され前記各チューブ１１６を通じて相互連結されて構成され得る。

本実施形態で、冷媒配管１２１を通じて冷媒が流入し、前記第１コンデンサ１２０は前記ラジエータ１１０の内部に配置されて前記ラジエータ１１０を通過する冷却水との熱交換を通じて冷媒を凝縮させる。

ここで、前記第１コンデンサ１２０は、図３で示したように、前記ラジエータ１１０の第２ヘッダータンク１１４内部に装着され得る。

このような第１コンデンサ１２０は、流入タンク１２２、排出タンク１２３、第１、第２連結タンク１２４、１２５、および複数個の冷媒流動チューブ１２７を含んで構成される。

まず、前記流入タンク１２２は前記第２ヘッダータンク１１４の内部に配置され、冷媒が流入する冷媒流入口１２２ａを通じて前記第２ヘッダータンク１１４の外部で前記冷媒配管１２１と連結される。

前記排出タンク１２３は前記第２ヘッダータンク１１４の内部で前記流入タンク１２２の上部に離隔して配置され、冷媒が排出される冷媒排出口１２３ａを通じて前記第２ヘッダータンク１１４の外部で前記冷媒配管１２１と連結される。

本実施形態で、前記第１、第２連結タンク１２４、１２５は前記流入タンク１２２と前記排出タンク１２３にそれぞれ対応して前記第２ヘッダータンク１１４の内部で他側の上部および下部にそれぞれ備えられて連結パイプ１２６を通じて相互連結される。

そして複数個の前記冷媒流動チューブ１２７は、前記流入タンク１２２と前記排出タンク１２３を前記第１、第２連結タンク１２４、１２５とそれぞれ連結する。

ここで、前記各冷媒流動チューブ１２７は前記流入タンク１２２を前記第２連結タンク１２５と相互連結し、前記排出タンク１２３を前記第１連結タンク１２４と相互連結することができる。

また、複数個の前記冷媒流動チューブ１２７は、前記流入タンク１２２、前記排出タンク１２３、および第１、第２連結タンク１２４、１２５の長さ方向に沿って等間隔で離隔して装着され得る。

このような各冷媒流動チューブ１２７には、相互交差した位置に交互に配置され前記第２ヘッダータンク１１４を流動する冷却水の流動方向を変更する複数個の隔膜１２８が装着され得、ここで一つの隔膜は冷媒流動チューブで上部から下部に延長され、隣接した隔膜は冷媒流動チューブの下部から上部に延長される。

前記各隔膜１２８は、図４で示したように、前記各冷媒流動チューブ１２７の上部および下部に相互交差した位置で交互に配置されることによって、前記各チューブ１１６を通過しながら冷却が完了した冷却水が前記第２ヘッダータンク１１４に流入して第２ヘッダータンク１１４の排出口１１３に向かって流動する場合、冷却水を上部および下部に流動させる。

これにより、冷媒は前記第１コンデンサ１２０の各冷媒流動チューブ１２７の通過時、冷却水との接触面積が増加することによって、より効率的に凝縮され得る。

このような前記各冷媒流動チューブ１２７は間間に放熱ピンＰが備えられて、内部を流動する冷媒から伝達される熱を前記第２ヘッダータンク１１４の内部に流入した冷却水に効率的に熱を放出するようになる。

一方、本実施形態では前記第１コンデンサ１２０が前記第１ヘッダータンク１１２の下部に配置される第２ヘッダータンク１１４の内部に備えられることを一実施形態にして説明しているが、これに限定されず、ラジエータ１１０で各ヘッダータンク１１２、１１４が両側に配置されるクロスフロータイプである場合には両側ヘッダータンクのうち、冷却が完了した冷却水が流入するヘッダータンクの内部にコンデンサが装着され得る。

また、本実施形態では前記隔膜１２８が図面を基準に前記冷媒流動チューブ１２７の上部および下部に相互交差した位置に交互に配置されることを一実施形態にして説明しているが、これに限定されず、前記冷媒流動チューブ１２７の配置方向と冷却水の流動方向によってその位置を変更して適用することができる。

そして、前記第２コンデンサ１３０は前記第１コンデンサ１２０と前記冷媒配管１２１を通じて相互連結されて前記第１コンデンサ１２０から凝縮された冷媒が流入し、前記ラジエータ１１０の前方に配置されて走行中に流入する外気と冷媒の相互熱交換を通じて前記冷媒を追加的に凝縮させる。

ここで、前記第２コンデンサ１３０はピン−チューブタイプの熱交換機からなり得、前記ラジエータ１１０の前方上部に長さ方向に装着され得る。

一方、本実施形態で、前記ラジエータ１１０にはレシーバードライヤー１４０が装着され得、前記レシーバードライヤー１４０は車両の幅方向に一側に前記第１コンデンサ１２０と前記第２コンデンサ１３０を相互連結する前記冷媒配管１２１上に備えられて、前記第１コンデンサ１２０から排出される凝縮された冷媒内部に残存する気体状態の冷媒を分離する。

ここで、前記第１コンデンサ１２０は前記レシーバードライヤー１４０を通じて前記第２コンデンサ１３０と直列に連結され得る。

これにより、前記第１コンデンサ１２０から排出された冷媒が一次に凝縮され、レシーバードライヤー１４０を通じて気体状態の冷媒が分離された液体状態の冷媒が前記第２コンデンサ１３０に流入し、前記第２コンデンサ１３０は外気との熱交換を通じて２次に冷媒を再び凝縮させる。

本実施形態ではレシーバードライヤー１４０が車両の幅方向にラジエータ１１０の一側に装着されることを一実施形態にして説明しているが、これに限定されず、前記レシーバードライヤー１４０は前記第２コンデンサ１３０の一側に一体形に装着され得る。

つまり、本実施形態で、前記第１コンデンサ１２０は冷却流体として冷却水が流入して内部に流入する冷媒と相互熱交換される水冷式からなり、前記第２コンデンサ１３０は車両の走行中、外部から流入する外気で冷媒を熱交換させる空冷式からなる。

したがって、水冷式から構成される第１コンデンサ１２０は外気に比べて熱伝達係数が大きい冷却水を用いて冷媒を冷却させることによって、内部での凝縮圧力を低減させることができる。

そして、空冷式から構成される第２コンデンサ１３０は第１コンデンサ１２０を通過しながら凝縮された冷媒を前記レシーバードライヤー１４０を通じて液体状態の冷媒のみ供給を受けて外気を用いて冷却させることによって、外気と冷媒の温度差を大きくすることができてサブクール形成に有利であり、冷媒配管１２１の伝熱量を減らすようになる。

このように構成される本発明の実施形態による車両用クーリングモジュール１００は水冷式の長所である凝縮圧力低減と、空冷式の長所であるサブクール形成に有利である点を効率的に利用して各方式による短所を相互補完する第１、第２コンデンサ１２０、１３０を前記ラジエータ１１０の前方と第２ヘッダータンク１１４の内部に一体形に構成することによって、全体的な大きさと狭いエンジンルーム内部で空間活用性を向上させることができる。

一方、本発明の実施形態による車両用クーリングモジュール１００を説明することにおいて、前記第２コンデンサ１３０がレシーバードライヤー１４０を通じて第１コンデンサ１２０と連結されることを一実施形態にして説明しているが、これに限定されるのではない。

つまり、前記第２コンデンサ１３０は前記第１コンデンサ１２０から排出される液体と気体の混合冷媒の供給を直接受けて外気との熱交換を通じて凝縮させた後、レシーバードライヤー１４０に排出し、再びレシーバードライヤー１４０から気体冷媒が分離された液体冷媒のみ供給を受けて追加的に凝縮させるように冷媒配管１２１のレイアウト変更を通じて実現され得る。

また、冷媒の状態別にそれぞれ順次に冷媒を凝縮させて冷媒をより効果的に凝縮するように前記第２コンデンサ１３０の内部が少なくとも一つ以上に分離区画され得る。

したがって、前記のように構成される本発明の実施形態による車両用クーリングモジュール１００を適用すれば、冷媒の凝縮時、冷却水を用いる水冷式と外気を用いる空冷式を共に適用することによって、凝縮圧力を低減させ、冷媒の凝縮性能を高めて冷房性能を向上させると同時に、冷却水を外気との熱交換を通じて冷却させるラジエータ１１０を含んで統合型に構成することにより、パッケージ性能を向上させることができる。

また、冷媒の凝縮圧力低減と凝縮性能を向上させることによって、圧縮機の所要日を低減させ車両の全体的な燃費を改善することができる。

また、ラジエータ１１０の下部に配置された第２ヘッダータンク１１４の内部に冷却水と熱交換される第１コンデンサ１２０を適用することによって、冷却が完了した冷却水と冷媒をより効率的に熱交換させることができ、狭いエンジンルーム内部でレイアウトを簡素化し、空間活用性を向上させ、重量低減および製作原価を節減することができる。

以上のように、本発明は限定された実施形態と図面によって説明されたが、本発明はこれによって限定されず、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者によって本発明の技術思想と次に記載される特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正および変形が可能であるのははもちろんである。

１００：クーリングモジュール
１１０：ラジエータ
１１１：流入口
１１２：第１ヘッダータンク
１１３：排出口
１１４：第２ヘッダータンク
１１６：チューブ
１２０：第１コンデンサ
１２１：冷媒配管
１２２：流入タンク
１２３：排出タンク
１２４：上部連結タンク
１２５：下部連結タンク
１２６：連結パイプ
１２７：冷媒流動チューブ
１２８：隔膜
１３０：第２コンデンサ
１４０：レシーバードライヤー
Ｐ：放熱ピン

Claims (11)

1. 車両の前方に配置され、内部に冷却水が流入して外気との熱交換を通じて冷却水を冷却させるラジエータと、
   冷媒配管を通じて冷媒が流入し、前記ラジエータの内部に配置されて前記ラジエータを通過する冷却水との熱交換を通じて冷媒を凝縮させる第１コンデンサと、
   前記第１コンデンサと前記冷媒配管を通じて相互連結されて前記第１コンデンサから凝縮された冷媒が流入し、前記ラジエータの前方に配置されて走行中に流入する外気と冷媒の相互熱交換を通じて前記冷媒を追加的に凝縮させる第２コンデンサと、
   を含むことを特徴とする車両用クーリングモジュール。
2. 前記ラジエータは、
   冷却水が流入する流入口が形成された第１ヘッダータンクと、
   前記第１ヘッダータンクから一定の間隔離隔して配置され、冷却水が排出される排出口が形成された第２ヘッダータンクと、
   前記第１ヘッダータンクと第２ヘッダータンクを相互連結し、前記第１、第２ヘッダータンクの長さ方向に沿って一定の間隔で離隔し、間間に放熱ピンが装着される複数個のチューブと、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の車両用クーリングモジュール。
3. 前記流入口と排出口は、
   互いに反対方向で前記第１ヘッダータンクと第２ヘッダータンクにそれぞれ形成されることを特徴とする請求項２に記載の車両用クーリングモジュール。
4. 第１コンデンサは、
   前記第２ヘッダータンクの内部に装着されることを特徴とする請求項２に記載の車両用クーリングモジュール。
5. 前記第１コンデンサは、
   前記第２ヘッダータンクの内部一側に配置され、冷媒が流入する冷媒流入口を通じて前記第２ヘッダータンクの外部で前記冷媒配管と連結される流入タンクと、
   前記第２ヘッダータンクの内部で前記流入タンクと離隔して配置され、冷媒が排出される冷媒排出口を通じて前記第２ヘッダータンクの外部で前記冷媒配管と連結される排出タンクと、
   前記流入タンクと前記排出タンクに対応して前記第２ヘッダータンクの内部で他側にそれぞれ備えられて連結パイプを通じて相互連結される第１、第２連結タンクと、
   前記流入タンクと前記排出タンクを前記第１、第２連結タンクとそれぞれ連結する複数個の冷媒流動チューブと、
   を含むことを特徴とする請求項４に記載の車両用クーリングモジュール。
6. 複数個の前記冷媒流動チューブには複数個の隔膜が設置され、
   前記複数個の隔膜は、
   前記流入タンク、前記排出タンク、および第１、第２連結タンクの長さ方向に沿って等間隔で離隔して装着され、
   前記冷媒流動チューブの長さ方向に沿って相互交差した位置に交互に配置されて前記第２ヘッダータンクを流動する冷却水の流動方向を変更することを特徴とする請求項５に記載の車両用クーリングモジュール。
7. 前記各冷媒流動チューブの間に放熱ピンが備えられることを特徴とする請求項５に記載の車両用クーリングモジュール。
8. 前記第２コンデンサは、
   前記ラジエータの前方上部に長さ方向に装着されることを特徴とする請求項２に記載の車両用クーリングモジュール。
9. 前記第２コンデンサは、
   ピン−チューブタイプの熱交換機からなることを特徴とする請求項１に記載の車両用クーリングモジュール。
10. 前記ラジエータには、
    車両の幅方向に一側に前記第１コンデンサと前記第２コンデンサを相互連結する冷媒配管上に備えられて前記第１コンデンサから排出される凝縮された冷媒内部に残存する気体状態の冷媒を分離するレシーバードライヤーが装着されることを特徴とする請求項１に記載の車両用クーリングモジュール。
11. 前記第１コンデンサは、
    前記レシーバードライヤーを通じて前記第２コンデンサと直列に連結されることを特徴とする請求項１０に記載の車両用クーリングモジュール。