KR101744801B1 - 차량용 열교환기 - Google Patents

Abstract

차량용 열교환기가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기는 다수개의 플레이트가 적층되어 내부에 교번적으로 각기 다른 연결유로를 형성하고, 각기 다른 작동유체가 각각 유입되어 상기 각 연결유로를 통과하면서 상호 열교환이 이루어지는 방열부; 및 상기 방열부에서 각 작동유체를 각각 유입 및 배출시키도록 형성된 복수의 유입홀과 배출홀 중 어느 하나의 유입홀과 배출홀을 상호 연결하며, 유입된 작동유체의 유량에 따라 작동유체를 바이패스시키는 분기부를 포함한다.

Description

차량용 열교환기{HEAT EXCHANGER FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 열교환기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 각각의 작동유체가 내부로 유입되어 상호 열교환을 통해 온도가 조절되는 차량용 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기는 온도가 높은 유체로부터 전열벽을 통해 온도가 낮은 유체로 열을 전달하는 것으로 가열기, 냉각기, 증발기, 응축기 등에 사용된다.

이러한 열교환기는 이러한 열교환기는 열에너지를 재사용하거나 용도에 맞게 유입되는 작동유체의 온도를 조절하게 되고, 보통 차량의 공조시스템이나 변속기 오일쿨러 등에 적용하며, 엔진룸에 장착된다.

여기서, 열교환기는 한정적인 공간을 갖는 엔진룸에 장착 시, 공간확보 및 장착의 어려움이 발생하는 바, 소형, 경량화 및 고효율 고기능화를 위한 연구가 계속되고 있는 실정이다.

그러나 상기와 같은 종래의 열교환기는 차량의 상태에 따라 각기 작동유체의 온도를 조절하여 차량의 엔진 또는 변속기, 공조장치로 작동유체를 공급해야 하지만, 이를 위해서는 유입되는 열매 또는 냉매로 작용하는 작동유체의 유로 상에 별도의 분기회로를 설치해야 하는 바, 구성요소 및 조립공수가 증가되고, 레이아웃이 복잡해지는 문제점이 있다.

또한, 별도의 분기회로 미설치 시에는 작동유체의 유량에 따른 열교환 효율의 제어가 불가능하여 작동유체의 효율적인 온도조절이 불가능해지는 문제점도 있다.

따라서, 본 발명의 실시예들은 각각의 작동유체가 내부에서 상호 열교환을 통한 온도 조절 시, 차량의 주행상태나 초기 시동 조건에 따라 작동유체의 유입 유량을 이용해 작동유체의 웜업 기능과 냉각기능을 동시에 수행할 수 있도록 유입된 작동유체의 온도 조절이 가능한 차량용 열교환기를 제공하고자 한다.

또한, 차량의 상태에 따라 작동유체의 온도 조절이 가능함으로써, 차량의 연비 개선, 및 난방성능을 향상시킬 수 있고, 구성을 간소화하여 조립공수를 절감시키도록 하는 차량용 열교환기를 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는, 다수개의 플레이트가 적층되어 내부에 교번적으로 각기 다른 연결유로를 형성하고, 각기 다른 작동유체가 각각 유입되어 상기 각 연결유로를 통과하면서 상호 열교환이 이루어지는 방열부; 및 상기 방열부에서 각 작동유체를 각각 유입 및 배출시키도록 형성된 복수의 유입홀과 배출홀 중 어느 하나의 유입홀과 배출홀을 상호 연결하며, 유입된 작동유체의 유량에 따라 작동유체를 바이패스시키는 분기부를 포함하되, 상기 각 유입홀은 상기 방열부의 길이방향으로 일면 양측에 각각 형성되는 제1, 제2 유입홀을 포함하며, 상기 각 배출홀은 상기 제1, 제2 유입홀에 대응하여 상기 방열부의 길이방향으로 양측에서 상기 제1, 제2 유입홀과 각각 이격되게 형성되며, 상기 방열부의 내부에서 각각의 연결유로를 상호 연결되는 제1, 제2 배출홀을 포함하고, 상기 분기부는 상기 제1 유입홀과 제1 배출홀의 사이를 상호 연결하며, 상기 방열부의 일면으로 돌출되게 형성되는 차량용 열교환기를 제공할 수 있다.

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상기 제1 유입홀과 제1 배출홀은 상기 방열부의 일면에서 대각선 방향으로 각 모서리부에 형성될 수 있다.

상기 제2 유입홀과 제2 배출홀은 상기 방열부의 일면에서 대각선 방향으로 각 모서리부에 형성되며, 상기 제1 유입홀과 제1 배출홀에 서로 대향되게 형성될 수 있다.

상기 각 작동유체는 라디에이터로부터 유입되는 냉각수와, 자동변속기로부터 유입되는 변속기오일로 구성될 수 있다.

상기 냉각수는 제1 유입홀과 제1 배출홀을 통해 순환되고, 상기 변속기오일은 제2 유입홀과 제2 배출홀을 통해 순환되며, 상기 각 연결유로는 냉각수가 유입되어 이동하는 제1 연결유로와, 변속기오일이 유입되어 이동하는 제2 연결유로를 포함할 수 있다.

상기 분기부는 상기 제1 유입홀과 제1 배출홀에 근접한 위치에서 상기 제1 연결유로와는 별도로 상기 제1 유입홀로 유입된 냉각수를 상기 제1 배출홀로 바로 배출시키도록 별도의 바이패스 유로를 형성할 수 있다.

상기 방열부는 각 작동유체의 유동을 대향류(counterflow, 對向流) 시켜 상호 열교환시킬 수 있다.

상기 방열부는 복수개의 플레이트가 적층되는 플레이트형으로 형성될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기에 의하면, 각각의 작동유체가 내부에서 상호 열교환을 통한 온도 조절 시, 차량의 주행상태나 초기 시동 조건에 따라 작동유체의 유입 유량을 이용해 작동유체의 웜업 기능과 냉각기능을 동시에 수행할 수 있도록 유입된 작동유체의 온도 조절을 효율적으로 수행할 수 있다.

또한, 차량의 상태에 따라 작동유체의 온도 조절이 가능함으로써, 차량의 연비 개선, 및 난방성능을 향상시킬 수 있고, 구성을 간소화하여 조립공수를 절감시킬 수 있다.

또한, 종래 별도로 설치되던 분기회로를 제거할 수 있어 제작원가 절감 및 작업성을 향상시킬 수 있고, 작동유체가 자동변속기 오일일 경우 냉시동 시에 마찰 저감을 위한 웜업 기능과, 주행 시 슬립 방지 및 내구 유지를 위한 냉각기능의 동시 수행이 가능하여 연비 및 변속기 내구성이 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기가 적용되는 자동변속기 냉각시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기의 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A 선에 따른 단면도이다.
도 4는 도 2의 B-B 선에 따른 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기의 부분 절개 사시도로써, 각 작동유체의 유동 방향을 도시한 도면이다.

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 차량용 열교환기가 적용되는 자동변속기 냉각시스템의 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기의 사시도이며, 도 3은 도 2의 A-A 선에 따른 단면도이고, 도 4는 도 2의 B-B 선에 따른 단면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기의 부분 절개 사시도로써, 각 작동유체의 유동 방향을 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기(100)는 차량의 자동변속기 냉각 시스템에 적용된다.

상기한 자동변속기 냉각 시스템은 기본적으로, 도 1에서 도시한 바와 같이, 워터펌프(10)를 통해 냉각팬(21)이 장착된 라디에이터(20)를 통과하면서 냉각된 냉각수가 엔진을 냉각시키는 냉각라인(Cooling Line : 이하 ‘C.L’이라 함)이 구비되고, 이 냉각라인(C.L) 상에는 미도시된 차량 난방시스템과 연결되는 히터 코어(30)를 포함하여 구성된다.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기(100)는 각각의 작동유체가 내부에서 상호 열교환을 통한 온도 조절 시, 차량의 주행상태나 초기 시동 조건에 따라 작동유체의 유입 유량을 이용해 작동유체의 웜업 기능과 냉각기능을 동시에 수행할 수 있도록 유입된 작동유체의 온도 조절이 가능하게 구성된다.

이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기(100)는 상기 워터펌프(10)와 히터코어(30) 사이에 구비되며, 자동변속기(40)와 오일라인(Oil Line : 이하‘O.L’이라 함)을 통해 상호 연결된다.

즉, 본 실시예에서, 상기 각 작동유체는 상기 라디에이터(20)로부터 유입되는 냉각수와, 상기 자동변속기(40)로부터 유입되는 변속기오일로 구성되며, 상기 열교환기(100)를 통해 냉각수와 변속기오일의 상호 열교환시켜 변속기오일의 온도를 조절하게 된다.

이러한 열교환기(100)는, 도 2 내지 도 4에서 도시한 바와 같이, 방열부(110)와 분기부(130)를 포함하여 구성되며, 이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 방열부(110)는 다수개의 플레이트가 적층되어 내부에 교번적으로 각기 다른 연결유로(113)를 형성하게 된다. 각각의 연결유로(113)에는 각기 다른 작동유체가 각각 유입된 상태로 통과하면서 상호 열교환이 이루어진다.

여기서, 상기 방열부(110)는 각 작동유체의 유동을 대향류(counterflow, 對向流) 시켜 상호 열교환시키게 된다.

이와 같이 구성되는 상기 방열부(110)는 복수개의 플레이트(111)가 적층되는 플레이트형(또는, ‘판형’이라고도 함)으로 형성될 수 있다.

그리고 상기 분기부(130)는 상기 방열부(110)에서 각 작동유체를 각각 유입 및 배출시키도록 형성된 복수의 유입홀(115)과 배출홀(117) 중 상기 방열부(110)를 통해 상호 연결된 어느 하나의 유입홀(115)과 배출홀(117)을 상호 연결하며, 유입된 작동유체의 유량에 따라 상기 연결유로(113)의 통과 없이 작동유체를 바이패스시키게 된다.

여기서, 상기 분기부(130)는 상기 방열부(110)의 내부에서 각 연결유로(113) 중 어느 하나의 연결유로(113)를 통해 연결되는 유입홀(115)과 배출홀(117)을 상기 각 연결유로(113)와는 별도로 연결하여 작동유체를 바이패스시키게 된다.

본 실시예에서, 상기 각 유입홀(115)은 상기 방열부(110)의 길이방향으로 일면 양측에 각각 형성되는 제1, 제2 유입홀(115a, 115b)로 구성된다.

그리고 상기 각 배출홀(117)은 상기 제1, 제2 유입홀(115a, 115b)에 대응하여 상기 방열부(110)의 길이방향으로 양측에서 상기 제1, 제2 유입홀(115a, 115b)과 각각 이격되게 형성되며, 상기 방열부(110)의 내부에서 각각의 연결유로(113)를 상호 연결되는 제1, 제2 배출홀(117a, 117b)을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 유입홀(115a)과 제1 배출홀(117a)은 상기 방열부(110)의 일면에서 대각선 방향으로 각 모서리부에 형성된다.

본 실시예에서, 상기 제2 유입홀(115b)과 제2 배출홀(117b)은 상기 방열부(110)의 일면에서 대각선 방향으로 각 모서리부에 형성되며, 상기 제1 유입홀(115a)과 제1 배출홀(117b)에 서로 대향되게 형성된다.

그리고 상기 분기부(120)는 상기 제1 유입홀(115a)과 제1 배출홀(115b)의 사이를 상호 연결하며, 상기 방열부(110)의 일면으로 돌출되게 형성된다.

상기 냉각수는 제1 유입홀(115a)과 제1 배출홀(117a)을 통해 순환되고, 상기 변속기오일은 상기 제2 유입홀(115b)과 제2 배출홀(117b)을 통해 순환된다.

한편, 상기 제1, 제2 유입홀(115a, 115b)과 제1, 제2 배출홀(117a, 1117b)에는 각각 연결포트(130)가 장착되며, 상기 연결포트(130)에 연결호스 또는 연결배관 등을 통해 상기 라디에이터(20)와 자동변속기(40)에 연결될 수 있다.

본 실시예에서, 상기 각 연결유로(113)는 냉각수가 유입되어 이동하는 제1 연결유로(113a)와, 변속기오일이 유입되어 이동하는 제2 연결유로를(113b) 포함한다.

그리고 상기 분기부(120)는 상기 제1 유입홀(115a)과 제1 배출홀(117a)에 근접한 위치에서 상기 제1 연결유로(113a)와는 별도로 상기 제1 유입홀(115a)로 유입된 냉각수를 상기 제1 배출홀(117a)로 바로 배출시키도록 별도의 바이패스 유로(121)를 형성하게 된다.

여기서, 상기 바이패스 유로(121)는 상기 제1 유입홀(115a)을 통해 냉각수의 유입 시, 유입된 냉각수의 유량이 작으면 상기 방열부(110)의 제1 연결유로(113a)로 유입시키지 않고, 상기 제1 배출홀(117a)로 바로 배출시키는 기능을 하게 된다.
즉, 상기 제1 유입홀(115a)로 유입된 냉각수는 상기 방열부(110)에 구비된 상기 제1 연결유로(113a)의 상하 높이가 상기 바이패스 유로(121)의 상하 높이보다 작기 때문에 통수저항이 발생되며, 이러한 통수저항으로 인해 냉각수의 유량이 작을 경우에는 상기 방열부(110)의 제1 연결유로(113a)로 유입되지 않고, 상기 바이패스 유로(121)를 통해 상기 제1 배출홀(115a)로 바이패스되어 상기 열교환기(100)의 외부로 배출된다.
반대로, 상기 제1 유입홀(115a)로 유입된 냉각수의 유량이 많을 경우에는 상기 바이패스 유로(121)와 함께 각각의 상기 제1 연결유로(113a)로 유입되어 상기 방열부(110)의 내부를 통과하게 된다.

이러한 바이패스 유로(121)는 냉각수의 유량이 작은 차량의 주행 상태나 아이들 모드, 또는 초기 시동과 같이 차량의 상태나 모드에 따라 변속기오일의 웜업이 필요할 경우, 냉각수를 제1 연결유로(113a)로 유입시키지 않고 바이패스시킴으로써, 변속기오일이 냉각수와의 열교환을 통해 온도가 저하되는 것을 방지하게 된다.

반대로, 냉각수의 유량이 많을 경우에는 상기 바이패스 유로(121)와 함께, 상기 제1 연결유로(113a)로 냉각수를 유입시킴으로써, 상기 제2 유입홀(115b)을 통해 자동변속기로부터 유입되어 제2 연결유로(113b)를 통과하는 변속기오일과 상기 방열부(110) 내부에서 상호 열교환시키게 된다.

이에 따라, 토크 컨버터의 작동으로 인해 발생되는 유체 마찰로 발열되어 냉각이 필요한 변속기오일은 상기 방열부(110)에서 냉각수와의 상호 열교환을 통해 냉각된 상태로 상기 자동변속기(40)로 공급된다.

즉, 상기 열교환기(100)는 고속으로 회전되는 변속기로 냉각된 변속기오일이 공급을 공급함으로써, 자동변속기의 슬립 발생을 방지하게 된다.

따라서, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기(100)를 적용하면, 각각의 작동유체가 내부에서 상호 열교환을 통한 온도 조절 시, 차량의 주행상태나 초기 시동 조건에 따라 작동유체의 유입 유량을 이용해 작동유체의 웜업 기능과 냉각기능을 동시에 수행할 수 있도록 유입된 작동유체의 온도 조절을 효율적으로 수행할 수 있다.

또한, 차량의 상태에 따라 작동유체의 온도 조절이 가능함으로써, 차량의 연비 개선, 및 난방성능을 향상시킬 수 있고, 구성을 간소화하여 조립공수를 절감시킬 수 있다.

또한, 종래 별도로 설치되던 분기회로를 제거할 수 있어 제작원가 절감 및 작업성을 향상시킬 수 있고, 작동유체가 자동변속기 오일일 경우 냉시동 시에 마찰 저감을 위한 웜업 기능과, 주행 시, 슬립 방지 및 내구 유지를 위한 냉각기능의 동시 수행이 가능하여 연비 및 변속기 내구성이 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기(100)를 설명함에 있어, 각 작동유체가 냉각수와 변속기오일로 이루어지는 것을 일 실시예로 하여 설명하고 있으나, 이에 한정된 것은 아니며, 열교환을 통해 냉각 또는 온도 상승이 필요한 작동유체에는 모두 적용이 가능하다.

그리고 본 발명이 실시예에 따른 차량용 열교환기를 설명하는데 있어, 도면 상에는 다수개의 플레이트(111)가 단순히 적층되어 구성되는 것을 일 실시예로 하여 설명하고 있으나, 이에 한정된 것은 아니며, 열교환기의 장착을 고려하여 일면과 타면에 각각 타 부품과의 접촉에 의한 파손을 방지하거나, 타 부품 또는 엔진룸 내부에 고정시키기 위한 커버, 브라켓 등이 장착될 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.

100 : 열교환기 110 : 방열부
111 : 플레이트 113 : 연결유로
113a, 113b : 제1, 제2 연결유로 115 : 유입홀
115a, 115b : 제1, 제2 유입홀 117 : 배출홀
117a, 117b : 제1, 제2 배출홀 120 : 분기부
121 : 바이패스 유로

Claims (10)

1. 다수개의 플레이트가 적층되어 내부에 교번적으로 각기 다른 연결유로를 형성하고, 각기 다른 작동유체가 각각 유입되어 상기 각 연결유로를 통과하면서 상호 열교환이 이루어지는 방열부; 및
   상기 방열부에서 각 작동유체를 각각 유입 및 배출시키도록 형성된 복수의 유입홀과 배출홀 중 어느 하나의 유입홀과 배출홀을 상호 연결하며, 차량의 주행 상태, 또는 아이들 및 초기 시동 모드에서 하나의 상기 유입홀로 유입된 작동유체의 유량에 따라 상기 방열부의 통과 없이 상기 유입홀과 연결된 하나의 상기 배출홀로 상기 작동유체를 바이패스시키는 분기부;를 포함하되,
   상기 각 유입홀은 상기 방열부의 길이방향으로 일면 양측에 각각 형성되는 제1, 제2 유입홀을 포함하며,
   상기 각 배출홀은 상기 제1, 제2 유입홀에 대응하여 상기 방열부의 길이방향으로 양측에서 상기 제1, 제2 유입홀과 각각 이격되게 형성되며, 상기 방열부의 내부에서 각각의 연결유로를 상호 연결되는 제1, 제2 배출홀을 포함하고,
   상기 분기부는 상기 제1 유입홀과 제1 배출홀의 사이를 상호 연결하며, 상기 방열부의 일면으로 돌출되게 형성되는 차량용 열교환기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 유입홀과 제1 배출홀은
   상기 방열부의 일면에서 대각선 방향으로 각 모서리부에 형성되는 차량용 열교환기.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제2 유입홀과 제2 배출홀은
   상기 방열부의 일면에서 대각선 방향으로 각 모서리부에 형성되며, 상기 제1 유입홀과 제1 배출홀에 서로 대향되게 형성되는 차량용 열교환기.
6. 제1항에 있어서,
   상기 각 작동유체는
   라디에이터로부터 유입되는 냉각수와, 자동변속기로부터 유입되는 변속기오일로 구성되는 차량용 열교환기.
7. 제6항에 있어서,
   상기 냉각수는 제1 유입홀과 제1 배출홀을 통해 순환되고, 상기 변속기오일은 제2 유입홀과 제2 배출홀을 통해 순환되며,
   상기 각 연결유로는
   냉각수가 유입되어 이동하는 제1 연결유로와, 변속기오일이 유입되어 이동하는 제2 연결유로를 포함하는 차량용 열교환기.
8. 제7항에 있어서,
   상기 분기부는
   상기 제1 유입홀과 제1 배출홀에 근접한 위치에서 상기 제1 연결유로와는 별도로 상기 제1 유입홀로 유입된 냉각수를 상기 제1 배출홀로 바로 배출시키도록 별도의 바이패스 유로를 형성하는 차량용 열교환기.
9. 제1항에 있어서,
   상기 방열부는
   각 작동유체의 유동을 대향류(counterflow, 對向流) 시켜 상호 열교환시키는 차량용 열교환기.
10. 제1항에 있어서,
    상기 방열부는
    복수개의 플레이트가 적층되는 플레이트형으로 형성되는 차량용 열교환기.

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