KR101317373B1

KR101317373B1 - 열교환기

Info

Publication number: KR101317373B1
Application number: KR1020110132228A
Authority: KR
Inventors: 김재연; 조완제; 이용; 박만희; 선종호
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2011-12-09
Filing date: 2011-12-09
Publication date: 2013-10-10
Also published as: JP2013122366A; KR20130065389A; CN103162554A; DE102012105588A1; US20130146263A1

Abstract

열교환기가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 열교환기는 일단부 외주면 둘레에 다수개의 바이패스 홀이 형성되며, 타단부에는 밸브가 장착되어 상기 밸브의 개폐작동에 따라, 배기가스를 바이패스 홀로 유입시키거나 배출하는 배기가스 파이프; 상기 배기가스 파이프를 중심에 두고, 외측에 배치되어 상기 배기가스 파이프와의 사이에 유동공간을 형성하며, 일측과 타측에 각각 냉각수 유입포트와 냉각수 배출포트가 형성되어 상기 유동공간에 냉각수를 유입 및 배출시키는 케이스; 상기 케이스의 양단부에 장착되어 상기 유동공간을 구획하는 제1, 제2 헤더; 상기 제1 헤더에 대응하여 상기 케이스의 일단과 상기 배기가스 파이프의 일단부를 상호 연결하며, 상기 각 바이패스 홀을 통해 배기가스가 내부로 유입되는 제1 연결부재; 상기 제2 헤더에 대응하여 상기 케이스의 타단에 일단이 연결되는 제2 연결부재; 상기 배기가스 파이프와 케이스의 사이에서 인너 파이프와 아웃터 파이프로 구성되어 내부에 오일유로를 형성하고, 상기 케이스를 관통하여 상기 아웃터 파이프와 연결된 오일 유입포트와 오일 배출포트를 통해 내부에 변속기오일을 유동시키는 오일 유동부; 및 상기 배기 파이프와 오일 유동부 사이와, 상기 케이스와 오일 유동부의 사이에 각각 구성되며, 길이방향을 따라 적어도 하나 이상의 돌출부가 형성된 플레이트를 결합해 상기 제1 연결부재의 내부로 유입된 배기가스가 내부에서 이동하도록 연결유로를 갖는 적어도 하나 이상의 결합관을 형성하고, 상기 결합관의 외부에서 유동되는 냉각수, 및 변속기오일과 배기가스의 상호 열교환을 통해 상기 연결유로의 내부와 외부를 통과하는 각 작동유체의 온도를 조절하며, 상기 제1 헤더와 제2 헤더를 상호 연결하는 적어도 하나 이상의 방열유닛을 포함한다.

Description

열교환기{HEAT EXCHANGER}

본 발명은 열교환기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고온의 배기열과 냉각수를 이용하여 내부에서 유동되는 작동유체와 상호 열교환을 통해 작동유체의 온도를 조절하는 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 차량은 초기 시동 시, 엔진이나 변속기 등의 장치의 웜업이 요구되고, 차량의 주행 중에는 엔진이나 변속기 등의 장치를 냉각시켜야 함에 따라 열교환기가 적용되고 있다.

이러한 열교환기는 온도가 높은 유체로부터 전열벽을 통해 온도가 낮은 유체로 열을 전달하는 것으로, 열에너지를 재사용하거나 유입되는 작동유체의 온도를 용도에 맞게 조절하며, 보통 차량의 공조시스템이나 배기시스템, 또는 변속기 오일쿨러 등에 적용된다.

여기서, 배기시스템에 적용되는 열교환기는 차량에서 배출되는 배기열을 이용하여 차량의 초기 시동 시, 엔진 및 변속기에 사용되는 오일의 온도를 빠르게 상승시키기 위해 배기가스와 냉각수 및 오일 사이에 열교환이 이루어지며, 차량의 주행 중에는 엔진 및 변속기의 온도를 낮춰주기 위해 냉각수와 열교환이 이루어진다.

이와 같이 배기시스템에 적용되는 열교환기는 배기가스를 이용한 열교환 과정이 원활하게 일어날 수 있도록 하기 위하여 배기관 주변에 설치되어 오일 및 냉각수와 열교환이 수행되며, 상기 열교환기 내부에 위치되는 배기관의 끝단에는 밸브가 설치된다.

여기서, 밸브는 차량의 주행 상태에 따라 선택적으로 개폐되어 배기가스를 열교환기로 유입시키거나 배기관을 통해 바로 배출하도록 한다.

즉, 차량의 시동 이후 초기 웜업 단계에서는 엔진 오일, 오토 미션 오일 및 냉각수를 빠르게 가열하기 위하여 배기관의 끝단에 연결된 밸브를 폐쇄하면, 열교환기로 배기가스가 흐르게 되면서 오일 및 냉각수와 열교환 하기가 용이해지며, 빠른 시간 내에 웜업이 가능해진다.

또한, 일정 시간이 경과한 후 냉각수의 온도가 상승하고 오일의 온도가 상승하기 전의 시점에서는 배기관의 끝단에 연결된 밸브의 일부만 개방하여 방출되는 배기가스의 일부를 사용하여 웜업을 하게 된다.

이후, 냉각수 및 오일의 온도가 완전히 상승하여 웜업이 된 시점에서는 밸브를 완전히 개방하여 방출되는 배기가스가 열교환기로 유입되는 것을 방지하면서 배기관을 통해 배출되므로 더 이상 냉각수 및 오일의 온도가 상승하지 않으며, 오히려 냉각수와 오일의 열교환을 통하여 오일의 온도를 냉각시킬 수 있다.

여기서, 열교환기는 내부에 배기가스가 유동되는 다수개의 파이프를 구비하며, 각 파이프의 외부로 각각 냉각수와 오일을 유동시켜, 열교환을 수행하는 구조로 이루어진다.

한편, 최근에는 유동되는 배기가스에 흐름변경을 유도하여 열교환 효율을 향상시키도록 배기가스가 이동되는 각 파이프 내부에 새경가공을 한 쉘 엔 튜브(Shell and Tube) 타입이 적용된 열교환기가 사용되고 있다.

그러나, 종래의 열교환기는 배기가스의 유동 시, 흐름변경을 위해 쉘 엔 튜브 타입의 파이프의 적용 시, 각 파이프의 내주면 새경가공에 따른 비용이 증가되며, 외부는 매끄러운 튜브 형태로 가공됨에 따라, 파이프의 외부와 접촉되면서 이동하는 냉각수에 난류형성이 어려워 제작비용에 비해 열교환 효율을 효율적으로 상승시키지 못하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고온의 배기열과 냉각수를 이용하여 내부에서 유동되는 작동유체와 상호 열교환을 통해 작동유체의 온도를 조절 시, 차량의 주행상태나 초기 시동 조건에서 유입되는 작동유체의 온도에 따라 작동유체의 웜업기능과 냉각기능을 동시에 수행할 수 있도록 하는 열교환기를 제공하고자 한다.

또한, 내부로 이동하는 배기가스와, 외부에서 유동하는 냉각수에 흐름변경 및 난류형성을 촉진함으로써, 각 작동유체의 열교환 효율을 향상시키도록 하는 열교환기를 제공하고자 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 열교환기는 일단부 외주면 둘레에 다수개의 바이패스 홀이 형성되며, 타단부에는 밸브가 장착되어 상기 밸브의 개폐작동에 따라, 배기가스를 바이패스 홀로 유입시키거나 배출하는 배기가스 파이프; 상기 배기가스 파이프를 중심에 두고, 외측에 배치되어 상기 배기가스 파이프와의 사이에 유동공간을 형성하며, 일측과 타측에 각각 냉각수 유입포트와 냉각수 배출포트가 형성되어 상기 유동공간에 냉각수를 유입 및 배출시키는 케이스; 상기 케이스의 양단부에 장착되어 상기 유동공간을 구획하는 제1, 제2 헤더; 상기 제1 헤더에 대응하여 상기 케이스의 일단과 상기 배기가스 파이프의 일단부를 상호 연결하며, 상기 각 바이패스 홀을 통해 배기가스가 내부로 유입되는 제1 연결부재; 상기 제2 헤더에 대응하여 상기 케이스의 타단에 일단이 연결되는 제2 연결부재; 상기 배기가스 파이프와 케이스의 사이에서 인너 파이프와 아웃터 파이프로 구성되어 내부에 오일유로를 형성하고, 상기 케이스를 관통하여 상기 아웃터 파이프와 연결된 오일 유입포트와 오일 배출포트를 통해 내부에 변속기오일을 유동시키는 오일 유동부; 및 상기 배기 파이프와 오일 유동부 사이와, 상기 케이스와 오일 유동부의 사이에 각각 구성되며, 길이방향을 따라 적어도 하나 이상의 돌출부가 형성된 플레이트를 결합해 상기 제1 연결부재의 내부로 유입된 배기가스가 내부에서 이동하도록 연결유로를 갖는 적어도 하나 이상의 결합관을 형성하고, 상기 결합관의 외부에서 유동되는 냉각수, 및 변속기오일과 배기가스의 상호 열교환을 통해 상기 연결유로의 내부와 외부를 통과하는 각 작동유체의 온도를 조절하며, 상기 제1 헤더와 제2 헤더를 상호 연결하는 적어도 하나 이상의 방열유닛을 포함하고, 상기 각 돌출부는 프레스 성형을 통해 상기 플레이트에 일체로 가공될 수 있다.

삭제

상기 돌출부는 상기 플레이트의 길이방향을 따라 내측면과 외측면이 반원형의 나선 형상으로 형성될 수 있다.

상기 각 돌출부는 양단부의 설정구간이 상기 제1 헤더와 제2 헤더에 각각 삽입되도록 반원형의 직선구간으로 형성될 수 있다.

상기 각 결합관은 상기 각 돌출부에 의해 원형의 파이프로서, 내주면과 외주면이 나선 형상으로 형성되며, 상기 연결유로의 내부로 유동되는 배기가스의 유동 시, 회전에 의한 소용돌이 흐름을 유도하고, 외부를 통과하는 냉각수에 난류형성을 유도할 수 있다.

상기 결합관은 각 플레이트의 돌출부가 각각 외측을 향하여 돌출되게 배치된 상태로, 상호 결합되어 형성될 수 있다.

상기 방열유닛은 상기 배기 파이프의 직경 크기와 상기 제1 헤더와 제2 헤더의 크기에 따라, 상기 방열유닛에 포함된 결합관의 개수를 조절해 적용하도록 상기 각 결합관을 기준으로 분리 가능하게 형성될 수 있다.

상기 방열유닛은 상기 플레이트에 형성되는 각 돌출부의 내측면이 상호 마주하게 배치시킨 상태로, 두 개의 플레이트를 상호 결합하여 상기 연결유로를 갖는 결합관을 형성할 수 있다.

상기 방열유닛은 상기 플레이트에 형성되는 상기 각 돌출부의 내측면이 상호 대응되게 배치되도록 하나의 플레이트를 접은 상태로, 결합하여 상기 연결유로를 갖는 결합관을 형성할 수 있다.

상기 방열유닛은 상기 배기 파이프의 외주면과 오일 유동부의 인너 파이프 사이에서 상기 배기 파이프의 외주면을 감싼 상태로 장착될 수 있다.

상기 방열유닛은 상기 오일 유동부의 아웃터 파이프와 케이스의 사이에서 일정각도로 이격되게 배치될 수 있다.

상기 플레이트는 상기 각 돌출부의 사이에 길이방향을 따라 적어도 하나 이상의 유동홀이 형성될 수 있다.

상기 제1, 제2 헤더는 상기 각 방열유닛에 대응하여 상호 마주하는 일면에 상기 각 방열유닛의 양단부가 장착되는 다수개의 제1, 제2 장착홀이 각각 형성될 수 있다.

상기 냉각수 유입포트와 냉각수 배출포트는 상기 오일 유입포트와 오일 배출포트에 대향하여 상기 케이스의 일측과 타측에 각각 형성될 수 있다.

상기 각 결합관의 연결유로를 통과하는 배기가스의 유동방향은 상기 오일유로를 통과하는 변속기오일과, 상기 케이스의 유동공간을 통과하는 냉각수의 유동방향과 서로 반대방향으로 유동될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 열교환기에 의하면, 고온의 배기열과 냉각수를 이용하여 내부에서 유동되는 작동유체와 상호 열교환을 통해 작동유체의 온도를 조절 시, 차량의 주행상태나 초기 시동 조건에서 유입되는 작동유체의 온도에 따라 작동유체의 웜업기능과 냉각기능을 동시에 수행하는 효과가 있다.

또한, 내부로 이동하는 배기가스와, 외부에서 유동하는 냉각수에 흐름변경 및 난류형성을 촉진함으로써, 각 작동유체의 열교환 성능을 향상시키는 효과도 있다.

또한, 차량의 상태에 따라 각 작동유체들의 온도 조절이 가능함으로써, 차량의 연비 개선, 및 난방성능을 향상시킬 수 있으며, 구성을 간소화하여 조립공수를 줄이는 효과도 있다.

또한, 나선형상의 돌출부가 가공된 플레이트가 상호 결합되어 작동유체가 유동되는 나선 형상의 연결유로를 형성함으로써, 제작원가 절감 및 전체 중량을 낮추는 효과도 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열교환기의 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A 선에 따른 단면도이다.
도 3은 도 1의 B-B 선에 따른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 열교환기에 적용되는 방열유닛의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 열교환기에 적용되는 방열유닛의 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 열교환기의 사용 상태도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

이에 앞서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열교환기의 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A 선에 따른 단면도이며, 도 3은 도 1의 B-B 선에 따른 단면도이고, 도 4와 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 열교환기에 적용되는 방열유닛의 사시도 및 분해 사시도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 열교환기(10)는 고온의 배기열과 냉각수를 이용하여 내부에서 유동되는 작동유체와 상호 열교환을 통해 작동유체의 온도를 조절 시, 차량의 주행상태나 초기 시동 조건에서 유입되는 작동유체의 온도에 따라 작동유체의 웜업기능과 냉각기능을 동시에 수행할 수 있는 구조로 이루어진다.

또한, 내부로 이동하는 배기가스와, 외부에서 유동하는 냉각수의 흐름변경 및 난류형성을 촉진함으로써, 각 작동유체의 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 구조로 이루어진다.

이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 열교환기(10)는, 도 1과 도 2에서 도시한 바와 같이, 배기가스 파이프(12), 케이스(20), 제1, 제2 헤더(30, 40), 제1, 제2 연결부재(50, 60), 오일 유동부(70), 및 방열유닛(80)을 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 배기가스 파이프(12)는 일단부 외주면 둘레에 다수개의 바이패스 홀(14)이 형성되며, 타단부에는 밸브(16)가 장착되어 상기 밸브(16)의 개폐작동에 따라, 배기가스를 바이패스 홀(14)로 유입시키거나 배출하게 된다.

이러한 배기가스 파이프(12)는 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 각 바이패스 홀(14)이 형성된 일단부로 유입된다.

본 실시예에서, 상기 케이스(20)는 상기 배기가스 파이프(12)를 중심에 두고, 외측에 배치되어 상기 배기가스 파이프(12)와의 사이에 유동공간(22)을 형성한다.

이러한 케이스(20)는 원통형 파이프 형상으로 형성될 수 있으며, 일측과 타측에 각각 냉각수 유입포트(24)와 냉각수 배출포트(26)가 형성되어 상기 유동공간(22)에 냉각수를 유입 및 배출시키게 된다.

그리고 상기 제1, 제2 헤더(30, 40)는 상기 케이스(20)의 양단부에 장착되어 상기 유동공간(22)을 구획하며, 상기 유동공간(22)으로 유입되는 냉각수가 상기 배기 파이프(12) 측으로 누출되는 것을 방지하게 된다.

또한, 상기 각 헤더(30, 40)는 상기 배기 파이프(12)를 중심으로 외측에 배치되는 상기 케이스(20)를 고정시키는 기능을 하게 된다.

본 실시예에서, 상기 제1 연결부재(50)는 상기 제1 헤더(30)에 대응하여 상기 케이스(20)의 일단과 상기 배기가스 파이프(12)의 일단부를 상호 연결하며, 상기 각 바이패스 홀(14)을 통해 배기가스가 내부로 유입된다.

상기 제2 연결부재(60)는 상기 제2 헤더(40)에 대응하여 상기 케이스(12)의 타단에 일단이 연결되며, 타단은 미도시된 배기 배관이나 소음기와 연결되어 배기가스를 배출하게 된다.

본 실시예에서, 상기 오일 유동부(70)는 상기 배기 파이프(12)와 케이스(20)의 사이에서 인너 파이프(72)와 아웃터 파이프(74)로 구성되어 내부에 오일유로(75)를 형성하게 된다.

이러한 오일 유동부(70)는 상기 케이스(20)를 관통하여 상기 아웃터 파이프(74)와 연결된 오일 유입포트(76)와 오일 배출포트(78)를 통해 내부에 변속기오일을 유동시키게 된다.

여기서, 상기 냉각수 유입포트(24)와 냉각수 배출포트(26)는 상기 오일 유입포트(76)와 오일 배출포트(78)에 대향하여 상기 케이스(20)의 일측과 타측에 각각 형성될 수 있다.

즉, 상기 냉각수 유입포트(24)는 상기 제2 헤더(40) 측에 형성되고, 상기 냉각수 배출포트(26)는 상기 제1 헤더(30) 측에서 상기 냉각수 유입포트(24)와 반대 방향에 형성된다.

그리고 상기 오일 유입포트(76)는 제2 헤더(40) 측에서 상기 냉각수 유입포트(24)와 반대방향에 형성되어 상기 오일 유동부(75)와 연결되고, 상기 오일 배출포트(78)는 제1 헤더(30) 측에서 상기 냉각수 배출포트(26)와 반대방향에 형성되어 변속기오일을 유동시키게 된다.

본 실시예에서, 상기 방열유닛(80)은, 도 2와 도 3에서 도시한 바와 같이, 상기 배기 파이프(12)와 오일 유동부(70) 사이와, 상기 케이스(20)와 오일 유동부(70)의 사이에 각각 구성된다.

이러한 방열유닛(80)은 길이방향을 따라 적어도 하나 이상의 돌출부(84)가 형성된 플레이트(82)를 결합해 상기 제1 연결부재(50)의 내부로 유입된 배기가스가 내부에서 이동하도록 연결유로(86)를 갖는 다수개의 결합관(88)을 형성한다.

또한, 상기 방열유닛(80)은 다수개로 구성되며, 상기 결합관(88)의 외부에서 유동되는 냉각수, 및 변속기오일과 배기가스의 상호 열교환을 통해 상기 연결유로(86)를 내부와 외부를 통과하는 각 작동유체의 온도를 조절하며, 상기 제1 헤더(30)와 제2 헤더(40)를 상호 연결하게 된다.

여기서, 상기 제1, 제2 헤더(30, 40)는 상기 각 방열유닛(80)에 대응하여 상호 마주하는 일면에 상기 각 방열유닛(80)의 양단부가 장착되는 다수개의 제1, 제2 장착홀(32, 42)이 각각 형성된다.

즉, 상기 방열유닛(80)은 상기 제1, 제2 장착홀(32, 42)에 양단부가 삽입된 상태로, 장착되어 상기 제1 헤더(30)와 제2 헤더(40)를 연결하고, 상기 배기 파이프(12)에 장착된 밸브(16)의 폐쇄 시, 각 바이패스 홀(14)을 통해 제1 연결부재(50)의 내부로 유입되는 배기가스를 통과시켜 상기 제2 연결부재(60)를 통해 배출하게 된다.

이와 같이 구성되는 상기 열교환기(10)는 상기 각 결합관(88)의 연결유로(86)를 통과하는 배기가스의 유동방향이 상기 오일유로(75)를 통과하는 변속기오일과, 상기 케이스(20)의 유동공간(22)을 통과하는 냉각수의 유동방향과 서로 반대방향으로 유동되면서, 상호 열교환이 이루어진다.

따라서, 상기 열교환기(10)는 작동유체와 외기가 각각 다른 방향으로 유동됨에 따라, 보다 효율적인 열교환이 가능해 질 수 있다.

한편, 본 실시예에서, 상기 방열유닛(80)은 상기 배기 파이프(12)의 외주면과 오일 유동부(70)의 인너 파이프(72) 사이에서 상기 배기 파이프(12)의 외주면을 감싼 상태로 장착될 수 있다.

또한, 상기 방열유닛(80)은 상기 오일 유동부(70)의 아웃터 파이프(74)와 케이스(20)의 사이에서 일정각도로 이격되게 배치될 수 있으며, 본 실시예에서는 상기 배기 파이프(12)를 중심으로 120°각도로 이격되어 구비된다.

본 실시예에서, 상기 각 돌출부(84)는, 도 4와 도 5에서 도시한 바와 같이, 상기 플레이트(82)의 길이방향을 따라 내측면과 외측면이 반원형의 나선 형상으로 형성된다.

여기서, 상기 각 돌출부(84)는 양단부의 설정구간이 상기 제1, 제2 헤더(30, 40)에 형성되는 제1, 제2 장착홀(32, 34)에 각각 삽입된 상태로 밀폐가 용이하도록 반원형의 직선구간으로 형성된다.

이러한 각 돌출부(84)는 프레스 성형을 통해 상기 플레이트(82)에 일체로 가공될 수 있다.

본 실시예에서, 상기 결합관(88)은 상기 각 돌출부(84)에 의해 원형의 파이프로서, 내주면과 외주면이 나선 형상으로 형성된다.

이러한 각 결합관(88)은 상기 연결유로(86)의 내부로 유동되는 배기가스의 유동 시, 회전에 의한 소용돌이 흐름을 유도하게 된다.

또한, 상기 각 결합관(88)은 외부를 통과하는 냉각수와 변속기오일에 난류형성을 유도함으로써, 배기가스와 냉각수 및 변속기오일의 상호 열교환 시, 열교환 효율을 향상시키게 된다.

여기서, 상기 결합관(88)은 각 플레이트(82)의 돌출부(84)가 각각 외측을 향하여 돌출되게 배치된 상태로, 상호 결합되어 파이프 형상의 관을 이루도록 형성될 수 있다.

즉, 상기 방열유닛(80)은 상기 플레이트(82)에 형성되는 각 돌출부(84)의 내측면이 상호 마주하게 배치시킨 상태로, 두 개의 플레이트(82)를 상호 결합하여 연결유로(86)를 갖는 결합관(88)을 형성하게 된다.

여기서, 상기 각 플레이트(82)는 용접 등을 통해 상호 결합될 수 있다.

이와 같이 구성되는 상기 방열유닛(80)은 상기 케이스(20)의 크기에 따라 그 크기가 가변되는 제1, 제2 헤더(30, 40)와, 배기 파이프(12)의 직경 크기에 대응하여 상기 결합관(88)의 개수를 조절해 적용하도록 상기 각 결합관(88)을 기준으로 분리 가능하게 형성된다.

즉, 본 실시예에서는, 다수개의 결합관(88)이 형성된 방열유닛(80)으로부터 8개의 결합관(88)이 구비되도록 분리시켜 상기 케이스(20)와 오일 유동부(70) 사이에 배치시키고, 상기 배기 파이프(12)와 오일 유동부(70) 사이에는 25개의 결합관(88)을 갖는 방열유닛(80)이 적용되었으나, 이에 한정된 것은 아니며, 상기 배기 파이프(12)의 직경 크기와 제1, 제2 헤더(30, 40)의 크기에 따라, 결합관(88)의 개수를 조절하여 분리한 상태로 적용할 수 있다.

또한, 본 실시예에서, 상기 방열유닛(80)은 원통 형상으로 형성되는 상기 배기 파이프(12)와 케이스(20)에 대응하여 편평한 형상에서 양단부를 구부려 호 형상으로 변경하여 적용된다.

여기서, 상기 방열유닛(80)은 호 형상으로 형성되는 것을 일 실시예로 하여 설명하고 있으나, 이에 한정된 것은 아니며, 상기 방열유닛(80)의 형상은 배기 파이프(12)와 케이스(20)의 형상에 따라 변경하여 적용할 수 있다.

한편, 본 실시예에서, 상기 각 플레이트(82)는 상기 각 돌출부(84)의 사이에 길이방향을 따라 적어도 하나 이상의 유동홀(89)이 형성된다.

상기 각 유동홀(89)은 상기 각 플레이트(82)에서 돌출부(84)의 프레스 성형 후, 펀칭공정을 통해 형성될 수 있다.

여기서, 상기 각 유동홀(89)은 상기 각 방열유닛(80)의 외부에서 이동하는 냉각수의 상, 하 이동을 유리하게 함으로써, 상기 각 결합관(88)의 외주면에 냉각수의 흐름을 고르게 분포시킬 수 있어 배기가스와의 열교환 효율을 더욱 증대시키는 기능을 하게 된다.

한편, 본 실시예에서, 상기 방열유닛(80)은 두 개의 플레이트(82)가 상호 결합되는 것을 일 실시예로 하여 설명하고 있으나, 이에 한정된 것은 아니며, 하나의 플레이트(82)에 각각 형성되는 상기 돌출부(84)의 내측면이 상호 대응되게 배치되도록 상기 플레이트(82)를 접은 상태로, 결합하여 상기 연결유로(86)를 갖는 결합관(88)을 형성할 수도 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 열교환기(10)의 작동 및 작용을 상세히 설명한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 열교환기의 작동 상태도이다.

먼저, 차량의 초기 시동 시에는, 도 6의 (S1)과 같이, 상기 밸브(16)가 배기 파이프(12)를 폐쇄시키게 되며, 엔진으로부터 배출되어 배기 파이프(12)로 유입된 배기가스는 각 바이패스 홀(14)을 통해 제1 연결부재(50)의 내부로 유입된다.

상기 제1 연결부재(50)로 유입된 배기가스는 상기 각 결합관(88)의 연결유로(86)로 유입되어 이동하게 되며, 이 때, 상기 각 결합관(88)이 상기 각 돌출부(84)가 상호 결합되어 나선형 파이프 형상으로 형성됨으로써, 연결유로(86)의 내부에서 유동되는 배기가스를 회전시켜 소용돌이 흐름을 발생시키게 된다.

여기서, 상기 방열유닛(80)의 외부에서 유동하는 냉각수는 상기 각 결합관(88)의 외부를 따라 유동됨으로써, 상기 각 돌출부(84)의 나선형상에 의해 냉각수의 난류형성이 촉진된다.

이에 따라, 냉각수는 상기 각 방열유닛(80)의 상, 하부에 고르게 분포되어 배기가스와의 열교환이 효율적으로 이루어져 냉각수가 빠르게 가열된다.

또한, 상기 오일 유동부(70)의 오일유로(75)를 통해 유동하는 변속기오일은 오일 유동부(70)의 내, 외측에서 이동하는 냉각수가 배기가스에 의해 빠르게 가열됨으로써, 냉각수와의 열교환을 통해 빠른 시간 내에 웜업이 가능해 진다.

이와는 반대로, 냉각수 및 변속기오일의 온도가 완전히 상승하여 웜업이 된 시점인 정상 주행 시에는, 도 6의 (S2)와 같이, 상기 밸브(16)를 완전히 개방하여 배기가스가 상기 각 방열유닛(80)으로 유입되는 것을 방지하면서 배기 파이프(12)를 통해 배출함으로써, 냉각수와 변속기오일의 온도가 상승하는 것을 방지하게 된다.

이 때, 상기 냉각수는 상기 케이스(20)의 내부로 유입되며, 유입 시, 변속기오일의 온도가 과도하게 상승되는 것을 방지하도록 변속기오일과의 열교환을 통해 변속기오일을 냉각시키게 된다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 열교환기(10)는 상기 방열유닛(80)을 통해 차량의 주행 상태에 따라 배기가스와 냉각수 및 변속기오일의 열교환을 통한 온도조절을 보다 효율적으로 수행할 수 있어 방열성능을 향상시키게 된다.

따라서, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 열교환기(10)를 적용하면, 고온의 배기열과 냉각수를 이용하여 내부에서 유동되는 변속기오일과 상호 열교환을 통해 작동유체의 온도를 조절 시, 차량의 주행상태나 초기 시동 조건에서 유입되는 작동유체의 온도에 따라 작동유체의 웜업기능과 냉각기능을 동시에 수행할 수 있다.

또한, 내부로 이동하는 배기가스와, 외부에서 유동하는 냉각수에 흐름변경 및 난류형성을 촉진함으로써, 각 작동유체의 열교환 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 차량의 상태에 따라 각 작동유체들의 온도 조절이 가능함으로써, 차량의 연비 개선, 및 난방성능을 향상시킬 수 있으며, 구성을 간소화하여 조립공수를 줄일 수 있다.

또한, 나선형상의 돌출부(84)가 가공된 플레이트(82)가 상호 결합되어 작동유체가 유동되는 나선 형상의 연결유로(86)를 형성함으로써, 제작원가 절감 및 전체 중량을 낮출 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10 : 열교환기 12 : 배기 파이프
14 : 바이패스 홀 16 : 밸브
20 : 케이스 22 : 유동공간
24 : 냉각수 유입포트 26 : 냉각수 배출포트
30 : 제1 헤더 32 : 제1 장착홀
40 : 제2 헤더 42 : 제2 장착홀
50 : 제1 연결부재 60 : 제2 연결부재
70 : 오일 유도부 72 : 인너 파이프
74 : 아웃터 파이프 75 : 오일유로
76 : 오일 유입포트 78 : 오일 배출포트
80 : 방열유닛 82 : 플레이트
84 : 돌출부 86 : 연결유로
88 : 결합관

Claims

일단부 외주면 둘레에 다수개의 바이패스 홀이 형성되며, 타단부에는 밸브가 장착되어 상기 밸브의 개폐작동에 따라, 배기가스를 바이패스 홀로 유입시키거나 배출하는 배기가스 파이프;
상기 배기가스 파이프를 중심에 두고, 외측에 배치되어 상기 배기가스 파이프와의 사이에 유동공간을 형성하며, 일측과 타측에 각각 냉각수 유입포트와 냉각수 배출포트가 형성되어 상기 유동공간에 냉각수를 유입 및 배출시키는 케이스;
상기 케이스의 양단부에 장착되어 상기 유동공간을 구획하는 제1, 제2 헤더;
상기 제1 헤더에 대응하여 상기 케이스의 일단과 상기 배기가스 파이프의 일단부를 상호 연결하며, 상기 각 바이패스 홀을 통해 배기가스가 내부로 유입되는 제1 연결부재;
상기 제2 헤더에 대응하여 상기 케이스의 타단에 일단이 연결되는 제2 연결부재;
상기 배기가스 파이프와 케이스의 사이에서 인너 파이프와 아웃터 파이프로 구성되어 내부에 오일유로를 형성하고, 상기 케이스를 관통하여 상기 아웃터 파이프와 연결된 오일 유입포트와 오일 배출포트를 통해 내부에 변속기오일을 유동시키는 오일 유동부; 및
상기 배기 파이프와 오일 유동부 사이와, 상기 케이스와 오일 유동부의 사이에 각각 구성되며, 길이방향을 따라 적어도 하나 이상의 돌출부가 형성된 플레이트를 결합해 상기 제1 연결부재의 내부로 유입된 배기가스가 내부에서 이동하도록 연결유로를 갖는 적어도 하나 이상으로 구비된 나선 형상의 결합관을 형성하고, 상기 결합관의 외부에서 유동되는 냉각수, 및 변속기오일과 배기가스의 상호 열교환을 통해 상기 연결유로의 내부와 외부를 통과하는 각 작동유체의 온도를 조절하며, 상기 제1 헤더와 제2 헤더를 상호 연결하는 적어도 하나 이상의 방열유닛;
을 포함하며,
상기 각 돌출부는
프레스 성형을 통해 상기 플레이트에 일체로 가공되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
삭제
제1항에 있어서,
상기 돌출부는
상기 플레이트의 길이방향을 따라 내측면과 외측면이 반원형의 나선 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제3항에 있어서,
상기 각 돌출부는
양단부의 설정구간이 상기 제1 헤더와 제2 헤더에 각각 삽입되도록 반원형의 직선구간으로 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 각 결합관은
상기 각 돌출부에 의해 원형의 파이프로서, 내주면과 외주면이 나선 형상으로 형성되며, 상기 연결유로의 내부로 유동되는 배기가스의 유동 시, 회전에 의한 소용돌이 흐름을 유도하고, 외부를 통과하는 냉각수에 난류형성을 유도하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 결합관은
각 플레이트의 돌출부가 각각 외측을 향하여 돌출되게 배치된 상태로, 상호 결합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 방열유닛은
상기 배기 파이프의 직경 크기와 상기 제1 헤더와 제2 헤더의 크기에 따라, 상기 방열유닛에 포함된 결합관의 개수를 조절해 적용하도록 상기 각 결합관을 기준으로 분리 가능하게 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 방열유닛은
상기 플레이트에 형성되는 각 돌출부의 내측면이 상호 마주하게 배치시킨 상태로, 두 개의 플레이트를 상호 결합하여 상기 연결유로를 갖는 결합관을 형성하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 방열유닛은
상기 플레이트에 형성되는 상기 각 돌출부의 내측면이 상호 대응되게 배치되도록 하나의 플레이트를 접은 상태로, 결합하여 상기 연결유로를 갖는 결합관을 형성하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 방열유닛은
상기 배기 파이프의 외주면과 오일 유동부의 인너 파이프 사이에서 상기 배기 파이프의 외주면을 감싼 상태로 장착되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 방열유닛은
상기 오일 유동부의 아웃터 파이프와 케이스의 사이에서 일정각도로 이격되게 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 플레이트는
상기 각 돌출부의 사이에 길이방향을 따라 적어도 하나 이상의 유동홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 제1, 제2 헤더는
상기 각 방열유닛에 대응하여 상호 마주하는 일면에 상기 각 방열유닛의 양단부가 장착되는 다수개의 제1, 제2 장착홀이 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 냉각수 유입포트와 냉각수 배출포트는
상기 오일 유입포트와 오일 배출포트에 대향하여 상기 케이스의 일측과 타측에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 각 결합관의 연결유로를 통과하는 배기가스의 유동방향은 상기 오일유로를 통과하는 변속기오일과, 상기 케이스의 유동공간을 통과하는 냉각수의 유동방향과 서로 반대방향으로 유동되는 것을 특징으로 하는 열교환기.