KR101339250B1

KR101339250B1 - 차량용 열교환기

Info

Publication number: KR101339250B1
Application number: KR1020120062266A
Authority: KR
Inventors: 김재연; 조완제
Original assignee: 현대자동차 주식회사
Priority date: 2012-06-11
Filing date: 2012-06-11
Publication date: 2013-12-09
Also published as: DE102012113111A1; DE102012113111B4; JP2013257127A; CN103486884A; JP6134129B2; US20130327287A1; US8839748B2; CN103486884B

Abstract

차량용 열교환기가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기는 다수개의 플레이트가 적층 구성되어 내부에 상호 교차되게 연결유로를 형성하여 서로 다른 작동유체가 유입되고, 상기 각 연결유로를 통과하는 작동유체가 상호 열교환되는 방열부; 상기 방열부에 형성되어 각 연결유로에 작동유체를 유입 및 배출시키는 복수개의 유입홀과 배출홀이 형성되고, 상기 각 연결유로 중 어느 하나의 연결유로와 상호 연결되는 유입홀과 배출홀을 상호 연결하며, 유입된 작동유체를 선택적으로 바이패스시키는 바이패스부; 및 상기 바이패스부를 형성하는 유입홀에 대응하여 상기 방열부의 내부에 장착되며, 내부로 유입되는 작동유체의 온도에 따라 변형되는 바이메탈의 변형력을 이용하여 선택적으로 개폐되어 상기 방열부와 바이패스부로 작동유체를 유입시키는 밸브유닛을 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 작동유체의 유로 상에 별도의 분기회로 및 밸브를 설치해야 하는 바, 구성요소 및 조립공수가 증가되고, 레이아웃이 복잡해지는 문제점이 있다.

또한, 별도의 분기회로 및 밸브의 미설치 시에는 작동유체의 유량에 따른 열교환량의 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 유입되는 작동유체의 온도에 따라 작동유체의 웜업기능과 냉각기능을 동시에 수행할 수 있도록 하는 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.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기는 다수개의 플레이트가 적층 구성되어 내부에 상호 교차되게 연결유로를 형성하여 서로 다른 작동유체가 유입되고, 상기 각 연결유로를 통과하는 작동유체가 상호 열교환되는 방열부; 상기 각 연결유로와 각각 연결되도록 상기 방열부에 형성되는 복수개의 유입홀과 배출홀 중, 어느 하나의 유입홀과 배출홀을 상호 연결하며, 유입된 작동유체를 선택적으로 바이패스시키는 바이패스부; 및 상기 바이패스부를 형성하는 유입홀에 대응하여 상기 방열부의 내부에 장착되며, 내부로 유입되는 작동유체의 온도에 따라 변형되는 바이메탈의 변형력을 이용하여 선택적으로 개폐되어 상기 방열부와 바이패스부로 작동유체를 유입시키는 밸브유닛을 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 연결유로와 상호 연결되는 제1, 제2 배출홀을 포함하고, 상기 밸브유닛은 상면 중앙에 장착홈을 가지며, 상기 제1 유입홀에 대응하여 상기 방열부의 타면에 고정 장착되는 고정부재; 상기 고정부재의 장착홈에 하단이 삽입되어 회전 가능하게 장착되는 로드; 상기 로드가 관통되도록 중앙에 삽입홀이 형성되며, 상기 고정부재의 상부에 장착되는 장착캡; 상기 장착캡의 상부에서 상기 로드에 장착되며, 작동유체의 온도에 따라 수축과 팽창이 이루어지면서 상기 로드를 정방향 또는 역방향으로 회전시키는 변형부재; 상기 고정부재의 상부에서 상기 로드의 선단에 상부가 고정되어 상기 로드와 함께 회전되며, 상부에 적어도 하나 이상의 제1 바이패스홀이 형성되고, 상기 제1 바이패스홀과 이격되어 하단과 연결되는 적어도 하나 이상의 제1 개구홀이 형성되는 인너 케이스; 및 상기 인너 케이스의 외부를 감싼 상태로 상기 인너 케이스를 회전 가능하게 지지하며, 상기 인너 케이스의 회전에 따라 상기 제1 바이패스홀과 제1 개구홀에 선택적으로 연결되는 적어도 하나 이상의 제2 바이패스홀과 제2 개구홀이 형성되어 하단이 상기 고정부재의 상부에 고정되는 아웃터 케이스를 포함할 수 있다.

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상기 고정부재는 상기 방열부에 나사 체결될 수 있다.

상기 변형부재는 그 재질이 작동유체의 온도에 따라 수축과 팽창이 이루어지는 바이메탈 소재일 수 있다.

상기 변형부재는 나선형의 소용돌이 형상으로 형성되며, 중심에 위치되는 일단이 절곡되어 상기 로드의 하부를 관통한 상태로, 상기 로드에 고정되고, 타단은 상기 변형부재의 외측으로 절곡되어 상기 아웃터 케이스의 내측에 지지될 수 있다.

상기 아웃터 케이스는 상기 변형부재의 타단에 대응하여 내주면 일측에 상기 변형부재의 타단이 지지된 상태로 고정되도록 걸림돌기가 내부를 향하여 돌출 형성될 수 있다.

상기 인너 케이스는 상단부에서 상기 로드의 측방으로 삽입되는 고정핀을 통하여 상기 로드에 고정될 수 있다.

상기 인너 케이스는 상기 제1 유입홀로 유입되는 작동유체가 상기 밸브유닛의 내부로 유입되도록 상면에 적어도 하나 이상의 관통홀이 형성될 수 있다.

상기 관통홀은 상기 인너 케이스의 상면에 원주방향을 따라 설정각도로 이격되어 3개가 형성될 수 있다.

상기 인너 케이스는 하단이 개구된 원통 형상으로 형성될 수 있다.

상기 제1 바이패스홀과 제1 개구홀은 상기 인너 케이스의 상부와 하부에 그 둘레를 따라 설정각도로 이격되게 형성될 수 있다.

상기 제1 개구홀은 상기 제1 바이패스홀로부터 이격된 하부에서 상기 인너 케이스의 길이방향을 따라 형성될 수 있다.

상기 제2 바이패스홀과 제2 개구홀은 상기 제1 바이패스홀과 제1 개구홀에 대응하여 상기 아웃터 케이스의 상부와 하부에 각각 그 둘레를 따라 설정각도로 이격된 위치에서 상호 엇갈리게 형성될 수 있다.

상기 제2 개구홀은 상기 제2 바이패스홀과 상호 엇갈린 위치에서 상기 아웃터 케이스의 하부에 길이방향을 따라 형성될 수 있다.

상기 고정부재는 상기 장착홈이 형성되는 상면에 상부로 일정부분 돌출되어 상기 장착캡이 장착되는 장착부가 일체로 형성될 수 있다.

상기 장착부는 외주면에 나사산이 형성되어 상기 장착캡과 나사 체결될 수 있다.

상기 고정부재와 아웃터 케이스의 사이에는 상기 밸브유닛의 내부로 유입되는 작동유체가 상기 밸브유닛의 외부로 누출되는 것을 방지하는 동시에, 상기 방열부와 고정부재의 사이로 작동유체가 누출되는 것을 방지하기 위한 시일링이 장착될 수 있다.

상기 아웃터 케이스는 양단이 개구된 원통 형상으로 형성될 수 있다.

상기 바이패스부는 상기 제1 유입홀과 제1 배출홀의 사이를 상호 연결하며, 상기 방열부의 일면으로 돌출되게 형성될 수 있다.

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 바이패스부는 상기 제1 유입홀과 제1 배출홀에 근접한 위치에서 상기 제1 연결유로와는 별도로 상기 제1 유입홀로 유입된 냉각수가 상기 밸브유닛을 통해 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, 작동유체가 내부에서 상호 열교환을 통한 온도 조절 시, 차량의 주행상태나 초기 시동 조건에 따라 유입되는 작동유체의 온도를 이용해 작동유체의 웜업기능과 냉각기능을 동시에 수행함으로써, 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 웜업기능과, 주행 시 슬립 방지 및 내구 유지를 위한 냉각기능의 동시 수행이 가능하여 연비 및 변속기 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 바이메탈 소재의 변형부재가 적용된 밸브유닛을 통해 이용해 유입된 작동유체의 온도에 따라 작동유체를 방열부와 바이패스부로 선택적으로 유동시킴으로써, 작동유체의 유동을 정확하게 제어할 수 있으며, 종래 왁스 팽창식 밸브에 비해 구성요소를 간소화하여 제작원가를 절감하는 동시에, 중량을 저감시킬 수 있다.

그리고 작동유체의 온도에 따른 밸브 개폐작동의 응답성을 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 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기의 부분 절개 사시도이다.
도 4는 도 2의 A-A 선에 따른 단면도이다.
도 5는 도 2의 B-B 선에 따른 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기에 적용되는 밸브유닛의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 밸브유닛의 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 밸브유닛의 작동 상태도이다.
도 9 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기의 단계별 작동 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 차량용 열교환기가 적용되는 자동변속기 냉각시스템의 블록 구성도이고, 도 2와 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기의 사시도 및 부분 절개 사시도이며, 도 4는 도 2의 A-A 선에 따른 단면도이고, 도 5는 도 2의 B-B 선에 따른 단면도이며, 도 6과 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기에 적용되는 밸브유닛의 사시도 및 분해 사시도이다.

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 유입되는 작동유체의 온도에 따라 작동유체의 웜업기능과 냉각기능을 동시에 수행할 수 있는 구조로 이루어진다.

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

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 2와 도 3에서 도시한 바와 같이, 크게 방열부(110), 바이패스부(120), 및 밸브유닛(130)을 포함하여 구성되며, 이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 방열부(110)는 다수개의 플레이트(112)가 적층되어 내부에 상호 교차되게 각기 다른 연결유로(114)를 형성하며, 상기 각 연결유로(114)를 통해 냉각수와 변속기오일이 각각 통과하면서 상호 열교환이 이루어진다.

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

이와 같이 구성되는 상기 방열부(110)는 복수개의 플레이트(112)가 적층되는 플레이트형(또는, ‘판형’이라고도 함)으로 형성될 수 있다.

그리고 상기 바이패스부(120)는 상기 각 연결유로(114)와 각각 연결되도록 상기 방열부(110)에 형성되는 복수개의 유입홀(116)과 배출홀(118) 중, 어느 하나의 유입홀(116)과 배출홀(118)을 상호 연결하며, 유입된 작동유체의 온도에 따라 작동하는 밸브유닛(130)에 의해 작동유체를 바이패스시켜 배출홀(118)로 바로 배출시키게 된다.

한편, 본 실시예에서, 상기 유입홀(116)은 방열부(110)의 길이방향으로 일면 양측에 각각 형성되는 제1, 제2 유입홀(116a, 116b)로 구성된다.

그리고 상기 각 배출홀(118)은 상기 제1, 제2 유입홀(116a, 116b)에 대응하여 상기 방열부(110)의 길이방향으로 양측에서 상기 제1, 제2 유입홀(116a, 116b)과 각각 이격되게 형성되며, 상기 방열부(110)의 내부에서 각각의 연결유로(114)와 상호 연결되는 제1, 제2 배출홀(118a, 118b)을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 유입홀(116a)과 제1 배출홀(118a)은 상기 방열부(110)의 일면에서 대각선 방향으로 각 모서리부에 형성된다.

본 실시예에서, 상기 제2 유입홀(116b)과 제2 배출홀(118b)은 상기 방열부(110)의 일면에서 대각선 방향으로 각 모서리부에 형성되며, 상기 제1 유입홀(116a)과 제1 배출홀(118a)에 서로 대향되게 형성된다.

그리고 상기 바이패스부(120)는 상기 제1 유입홀(116a)과 제1 배출홀(118a)의 사이를 상호 연결하며, 상기 방열부(110)의 일면으로 돌출되게 형성된다.

본 실시예에서, 냉각수는 상기 제1 유입홀(116a)과 제1 배출홀(118a)을 통해 순환되고, 변속기오일은 상기 제2 유입홀(116b)과 제2 배출홀(118b)을 통해 순환된다.

한편, 상기 제1, 제2 유입홀(116a, 116b)과 제1, 제2 배출홀(118a, 1118b)에는 각각 연결포트(미도시)가 장착되며, 이 연결포트에 장착되는 연결호스 또는 연결배관 등을 통해 상기 라디에이터(20)와 자동변속기(40)에 연결될 수 있다.

본 실시예에서, 상기 각 연결유로(114)는, 도 4와 도 5에서 도시한 바와 같이, 냉각수가 유입되어 이동하는 제1 연결유로(114a)와, 변속기오일이 유입되어 이동하는 제2 연결유로(114b)를 포함한다.

여기서, 상기 바이패스부(120)는 상기 제1 유입홀(116a)과 제1 배출홀(118b)에 근접한 위치에서 상기 제1 연결유로(114a)와는 별도로 상기 제1 유입홀(116a)로 유입된 냉각수를 제1 배출홀(118a)로 바로 배출시키도록 별도의 바이패스 유로(122)를 형성하게 된다.

그리고 상기 밸브유닛(130)은 상기 바이패스부(120)를 형성하는 제1 유입홀(116a)에 대응하여 상기 방열부(110)의 내부에 장착된다.

이러한 밸브유닛(130)은 내부로 유입되는 작동유체의 온도에 따라 변형되는 바이메탈의 변형력을 이용하여 선택적으로 개폐되어 상기 방열부(110)의 내부로 냉각수를 유입시키거나, 상기 바이패스부(120)가 형성하는 바이패스 유로(122)로 냉각수를 바이패스 시키게 된다.

여기서, 밸브유닛(130)은, 도 6과 도 7에서 도시한 바와 같이, 고정부재(132), 로드(138), 장착캡(142), 변형부재(144), 인너 케이스(146), 및 아웃터 케이스(154)를 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 고정부재(132)는 상면 중앙에 장착홈(134)을 가지며, 상기 제1 유입홀(116a)에 대응하여 상기 방열부(110)의 타면에 고정 장착된다.

이러한 고정부재(132)는 외주면에 나사산이 가공되어 상기 방열부(110)에 나사 체결될 수 있으며, 상기 방열부(110)에 별도의 공구를 사용해 체결하거나 분리가 가능하도록 하면에는 미도시된 공구홈이 형성될 수 있다.

본 실시예에서, 상기 로드(138)는 상기 고정부재(132)의 장착홈(134)에 하단이 삽입된 상태로 회전 가능하게 장착된다. 이러한 로드(138)는 상기 고정부재(132)로부터 상부를 향하여 수직하게 세워진 상태로 장착된다.

그리고 상기 장착캡(142)은 상기 로드가 관통되도록 중앙에 삽입홀(143)이 형성되며, 상기 고정부재(132)의 상부에 장착된다.

여기서, 상기 고정부재(132)는 상기 장착홈(134)이 형성되는 상면에 상부로 일정부분 돌출되어 상기 장착캡(142)이 장착되는 장착부(136)가 일체로 형성된다.

상기 장착부(136)는 외주면에 나사산이 형성되어 상기 장착캡(142)과 나사 체결된다.

즉, 상기 장착캡(142)은 삽입홀(143)에 로드(138)를 삽입한 상태로, 고정부재(132)의 상부에서 상기 장착부(136)에 장착되어 장착홈(134)에 삽입된 로드(138)가 장착홈(134)으로부터 이탈되는 것을 방지하는 기능을 하게 된다.

본 실시예에서, 상기 변형부재(144)는 상기 장착캡(143)의 상부에서 상기 로드(138)에 장착되며, 작동유체의 온도에 따라 수축과 팽창이 이루어지면서 상기 로드(138)를 정방향 또는 역방향으로 회전시키게 된다.

이러한 변형부재(144)는 그 재질이 작동유체의 온도에 따라 수축과 팽창이 이루어지는 바이메탈 소재로 이루어질 수 있다.

여기서, 바이메탈(Bimetallic)은 열 팽창 계수가 다른 두 장의 금속판을 용착 또는 납땜하여 구성되며, 온도의 고저에 따라 내부 변형이 일체로 이루어지는 소재로서, 온도가 높아지면 팽창되었다가 온도가 낮아지면 다시 수축되어 원래의 형상으로 복원되는 성질을 갖는 소재이다.

이와 같은 바이메탈 소재로 이루어지는 상기 변형부재(144)는 나선형의 소용돌이 형상으로 형성되며, 그 중심에 위치되는 일단이 절곡되어 상기 로드(138)의 하부를 관통한 상태로, 상기 로드(138)에 고정된다.

그리고 상기 변형부재(144)의 타단은 상기 변형부재(144)의 외측으로 절곡되어 상기 아웃터 케이스(154)의 내측에 지지된다.

여기서, 상기 아웃터 케이스(154)는 상기 변형부재(144)의 타단에 대응하여 내주면 일측에 상기 변형부재(144)의 타단이 지지된 상태로 고정되도록 걸림돌기(155)가 내부를 향하여 돌출 형성된다.

이에 따라, 상기 변형부재(144)는 상기 제1 유입구(116a)를 통해 온도가 상승된 냉각수가 유입될 경우, 온도가 상승되면서 타단이 상기 아웃터 케이스(154)의 걸림돌기(155)에 지지된 상태로, 팽창되어 상기 로드(138)를 정방향으로 회전시키게 된다.

이와는 반대로, 상기 변형부재(144)는 온도가 낮아진 냉각수가 유입되면, 수축이 이루어지면서 초기 형상으로 변형되면서, 회전된 상기 로드(138)를 역방향으로 회전시켜 초기 위치로 복귀시키게 된다.

본 실시예에서, 상기 인너 케이스(146)는 상기 로드(138)의 상부에서 상기 고정부재(132)를 향하여 삽입되도록 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되고, 상기 고정부재(132)의 상부에서 상기 로드(138)의 선단에 상부가 고정되어 상기 로드(138)와 함께 회전된다.

이러한 인너 케이스(146)는 상부에 적어도 하나 이상의 제1 바이패스홀(148)이 형성되고, 하부에는 상기 제1 바이패스홀(148)과 이격되어 하단과 연결되는 적어도 하나 이상의 제1 개구홀(152)이 형성된다.

여기서, 상기 인너 케이스(146)는 상단부에서 상기 로드(138)의 측방으로 삽입되는 고정핀(149)을 통하여 상기 로드(138)에 고정된다.

또한, 상기 인너 케이스(146)는 상기 제1 유입홀(116a)로 유입되는 작동유체가 상기 밸브유닛(130)의 내부로 유입되어 상기 변형부재(144)에 변형이 이루어질 수 있도록 상면에 적어도 하나 이상의 관통홀(151)이 형성될 수 있다.

여기서, 상기 관통홀(151)은 상기 인너 케이스(146)의 상면에 원주방향을 따라 설정각도로 이격되어 3개가 형성될 수 있다.

한편, 본 실시예에서, 상기 제1 바이패스홀(148)과 제1 개구홀(152)은 상기 인너 케이스(146)의 외측면 상에서 상부와 하부에 그 둘레를 따라 설정각도로 이격되게 형성될 수 있다.

이러한 제1 바이패스홀(148)과 제1 개구홀(152)은 상기 인너 케이스(146)의 외주면 둘레를 따라 120°각도로 이격되어 3개가 형성되며, 상기 제1 개구홀(152)은 상기 제1 바이패스홀(148)로부터 이격된 하부에서 상기 인너 케이스(146)의 길이방향을 따라 형성된다.

상기 제1 바이패스홀(148)과 제1 개구홀(152)은 상기 관통홀(151)을 통해 내부로 유입된 냉각수를 상기 제1 연결유로(116a)나 바이패스 유로(122)로 배출하게 된다.

그리고 상기 아웃터 케이스(154)는 양단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 상기 인너 케이스(146)의 외부를 감싼 상태로 상기 인너 케이스(146)를 회전 가능하게 지지한다.

이러한 아웃터 케이스(154)는 변형부재(144)가 수축 또는 팽창 변형될 경우, 상기 로드(138)와 함께 회전되는 상기 인너 케이스(146)의 회전에 따라, 상기 제1 바이패스홀(148)과 제1 개구홀(152)에 선택적으로 연결되는 적어도 하나 이상의 제2 바이패스홀(156)과 제2 개구홀(158)이 형성되어 하단이 상기 고정부재(132)의 상부에 고정된다.

여기서, 상기 제2 바이패스홀(156)과 제2 개구홀(158)은 상기 제1 바이패스홀(148)과 제1 개구홀(152)에 대응하여 상기 아웃터 케이스(154)의 상부와 하부에 각각 그 둘레를 따라 설정각도로 이격된 위치에서 상호 엇갈리게 형성될 수 있다.

이러한 제2 개구홀(158)은 상기 제2 바이패스홀(156)과 상호 엇갈린 위치에서 상기 아웃터 케이스(154)의 하부에 길이방향을 따라 형성된다.

본 실시예에서, 상기 제2 바이패스홀(156)은 상기 아웃터 케이스(154)의 상부에서 외주면 둘레를 따라 120°각도로 이격되어 3개가 형성된다. 그리고 상기 제2 개구홀(158)은 상기 각 제2 바이패스홀(156)과 상호 엇갈린 위치에서 상기 아웃터 케이스(154)의 하부에 외주면 둘레를 따라 120°각도로 이격되어 3개가 형성된다.

한편, 상기 고정부재(132)와 아웃터 케이스(154)의 사이에는 상기 밸브유닛(130)의 내부로 유입되는 작동유체인 냉각수가 상기 밸브유닛(130)의 상기 각 바이패스홀(148, 156)과 각 개구홀(152, 158)을 제외하고 외부로 누출되는 것을 방지하는 동시에, 상기 방열부(110)와 고정부재(132)의 사이로 작동유체가 누출되는 것을 방지하기 위한 시일링(161)이 장착된다.

즉, 상기 시일링(161)은 상기 고정부재(132)와 아웃터 케이스(154)의 사이를 시일하는 동시에, 상기 방열부(110)에 체결된 고정부재(132)의 외주면을 따라 외부로 누출되는 것을 방지하도록 상기 방열부(110)의 내주면과 고정부재(132)의 사이를 시일하게 되는 것이다.

그리고 상기 아웃터 케이스(154)는 상기 고정부재(132)에 장착 시, 상기 제2 바이패스홀(156)이 상기 제1 바이패스홀(148)에 대응하는 위치에 위치되도록 하여 상기 인너 케이스(146)의 내부와 연결되도록 장착된다.

이에 따라, 상기 제2 개구홀(158)은 상기 각 제1 개구홀(152)의 사이에 위치되어 인너 케이스(146)에 의해 폐쇄된 상태를 유지하게 된다.

이와 같이 구성되는 상기 밸브유닛(130)은, 도 8에서 도시한 바와 같이, 상기 제1 유입홀(116a)을 통해 설정온도를 갖는 작동유체가 유입되면, 각 관통홀(151)을 통해 내부로 유입되어 상기 변형부재(144)가 팽창되면서 변형이 이루어지게 된다.

이에 따라, 상기 변형부재(144)는 설정온도를 갖는 작동유체에 의해 타단이 상기 걸림돌기(155)에 지지된 상태로 팽창 변형되면서, 일단이 회전되어 상기 로드(138)를 회전시키게 되며, 이 때, 상기 로드(138)와 연결된 인너 케이스(144)도 함께 회전된다.

그러면, 상기 각 제1 바이패스홀(148)은 상기 각 제2 바이패스홀(156)의 사이에 폐쇄된 위치로 회전됨에 따라, 제1, 제2 바이패스홀(148, 156)은 인너 케이스(146)와 아웃터 케이스(154)의 각 폐쇄된 부분이 각각 위치되어 폐쇄된 상태가 되며, 상기 제1 개구홀(152)은 제2 개구홀(158)에 위치되어 개방된 상태를 유지하게 된다.

이에 따라, 상기 밸브유닛(130)은 설정온도를 갖는 냉각수가 유입될 경우, 상기 제1, 제2 바이패스홀(148, 156)을 각각 폐쇄하여 바이패스 유로(122)로 유입되는 것을 방지한 상태로, 개방된 상기 제1, 제2 개구홀(152, 158)을 통해 상기 제1 연결유로(114a)로 냉각수를 유입시키게 된다.

이와는 반대로, 설정온도 이하의 작동유체가 상기 제1 유입홀(116a)로 유입되면, 상기 변형부재(144)는, 다시 도 6과 같이, 초기상태로 수축 변형되면서, 상기 인너 케이스(146)를 역방향으로 회전시킴으로써, 상기 제1, 제2 개구홀(152, 158)을 폐쇄시키고, 제1 바이패스홀(148)이 제2 바이패스홀(156)에 위치되게 하여 개방된 상태를 유지하게 된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기(100)의 작동 및 작용을 상세히 설명한다.

도 9 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기의 단계별 작동 상태도이다.

먼저, 상기 제1 유입홀(116a)을 통해 냉각수가 유입될 경우, 냉각수의 수온이 설정수온보다 낮으면, 도 9에서 도시한 바와 같이, 상기 변형부재(144)는 상기 밸브유닛(130)에서 상기 관통홀(151)로 유입된 냉각수의 수온이 변형 발생 온도보다 낮기 때문에 변형되지 않고 초기상태를 유지하게 된다.

이에 따라, 상기 인너 케이스(146)는 상기 로드(138)가 회전되지 않음으로써, 상기 제1 바이패스홀(148)이 아웃터 케이스(154)의 제2 바이패스홀(156)과 동일하게 위치된 초기 장착 상태(도 6 참조)를 유지하게 된다.

이 경우, 전술한 바와 같이, 상기 제1 개구홀(152)과 제2 개구홀(158)은 각각 인너 케이스(146)와 아웃터 케이스(154)의 각 폐쇄된 부분에 위치됨으로써, 개방되지 않고 폐쇄된 상태를 유지하게 된다.

그러면, 유입된 냉각수는 개방된 상태의 제1, 제2 바이패스홀(148, 156)을 통해 상기 밸브유닛(130)으로부터 배출되어 상기 방열부(110)의 제1 연결유로(116a)로 유입되지 않고, 상기 바이패스부(120)가 형성하는 바이패스 유로(122)를 통해 유동되어 제1 배출홀(118a)로 바로 바이패스 되어 배출된다.

이에 따라, 냉각수는 방열부(110)의 제1 연결유로(114a)로 유입되는 것이 방지되며, 상기 제2 유입홀(116b)을 통해 유입되어 방열부(110)의 제2 연결유로(114b)를 통과하는 변속기오일과의 열교환이 방지된다.

즉, 상기 바이패스 유로(122)는 차량의 주행 상태나 아이들 모드, 또는 초기 시동과 같이 차량의 상태나 모드에 따라 변속기오일의 웜업이 필요할 경우, 저온상태의 냉각수가 제1 연결유로(114a)로 유입되는 것을 방지하도록 바이패스 시킴으로써, 변속기오일이 냉각수와 열교환을 통해 온도가 저하되는 것을 방지하게 된다.

반대로, 냉각수의 수온이 설정수온보다 높을 경우에는, 도 10에서 도시한 바와 같이, 상기 밸브유닛(130)의 변형부재(144)는 상기 관통홀(151)로 유입된 냉각수에 의해 타단이 상기 아웃터 케이스(154)의 걸림돌기(155)에 지지된 상태로, 팽창되어 상기 로드(138)를 정방향으로 회전시키게 된다.

이에 따라, 상기 인너 케이스(146)는 상기 로드(138)와 함께 회전됨으로써, 제1 바이패스홀(148)이 상기 아웃터 케이스(154)의 제2 바이패스홀(156) 사이의 폐쇄된 부분으로 회전 이동하여 제1 바이패스홀(148)과 제2 바이패스홀(156)이 폐쇄된 상태(도 8 참조)를 유지하게 된다.

이 때, 상기 제1 개구홀(152)은 상기 인너 케이스(146)에 의해 회전 이동되어 상기 제2 개구홀(158)과 동일하게 위치됨에 따라 상기 제1, 제2 개구홀(152, 158)이 개방된 상태가 된다.

그러면, 상기 밸브유닛(130)으로 유입된 냉각수는 폐쇄된 제1, 제2 바이패스홀(148, 156)에 의해 상기 바이패스 유로(122)로 유입이 방지된 상태로, 개방된 제1, 제2 개구홀(152, 158)을 통하여 배출되어 상기 제1 연결유로(114a)로 유입되고, 상기 제1 배출홀(118a)을 통해 배출된다.

한편, 상기 제1 유입홀(116a)로 유입된 냉각수 중 일부분은 상기 밸브유닛(130)을 통과하지 않은 상태로 상기 바이패스 유로(122)를 통해 유동되어 제1 연결유로(114a)를 통과한 냉각수와 함께 상기 제1 배출홀(118a)을 통해 배출될 수 있다.

이에 따라, 냉각수는 방열부(110)의 제1 연결유로(114a)를 통과하게 되며, 상기 제2 유입홀(115b)을 통해 유입되어 제2 연결유로(113b)를 통과하는 변속기오일은 상기 제1 연결유로(114a)를 통과하는 냉각수와 상기 방열부(110) 내부에서 상호 열교환되어 그 온도가 조절된다.

여기서, 냉각수와 변속기오일은 제1, 제2 유입홀(116a, 116b)이 상기 방열부(110)의 대각선 방향으로 모서리부에 형성됨에 따라 유동을 대향류(counterflow, 對向流) 시켜 상호 열교환됨으로써, 보다 효율적인 열교환이 이루어진다.

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 자동변속기(40)로 냉각된 변속기오일이 공급을 공급함으로써, 자동변속기(40)의 슬립 발생을 방지하게 된다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기(100)는 유입되는 냉각수의 수온에 따라 상기 밸브유닛(130)의 변형부재(144)가 수축 또는 팽창되면서 상기 로드(138)를 정방향 또는 역방향으로 회전시키고, 상기 로드(138)와 연결된 인너 케이스(146)를 함께 회전시킴으로써, 내부로 유입된 냉각수를 제1, 제2 바이패스홀(148, 156), 또는 제1, 제2 개구홀(152, 158)을 통해 배출시켜 열교환기(100)를 통과하는 냉각수의 유동을 조절하게 된다.

따라서, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기(100)를 적용하면, 작동유체가 내부에서 상호 열교환을 통한 온도 조절 시, 차량의 주행상태나 초기 시동 조건에 따라 유입되는 작동유체의 온도를 이용해 작동유체의 웜업기능과 냉각기능을 동시에 수행함으로써, 작동유체의 온도 조절을 효율적으로 수행할 수 있다.

또한, 종래 별도로 설치되던 분기회로를 제거할 수 있어 제작원가 절감 및 작업성을 향상시킬 수 있고, 작동유체가 자동변속기(40)의 변속기오일일 경우 냉시동 시에 마찰 저감을 위한 웜업기능과, 주행 시 슬립 방지 및 내구 유지를 위한 냉각기능의 동시 수행이 가능하여 연비 및 변속기 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 바이메탈 소재의 변형부재(144)가 적용된 밸브유닛(130)을 통해 이용해 유입된 작동유체의 온도에 따라 작동유체를 방열부(110)와 바이패스부(120)로 선택적으로 유동시킴으로써, 작동유체의 유동을 정확하게 제어할 수 있으며, 종래 왁스 팽창식 밸브에 비해 구성요소를 간소화하여 제작원가를 절감하는 동시에, 중량을 저감시킬 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
112 : 플레이트 114 : 연결유로
114a, 114b : 제1, 제2 연결유로 116 : 유입홀
116a, 116b : 제1, 제2 유입홀 118 : 배출홀
118a, 118b : 제1, 제2 배출홀 120 : 분기부
122 : 바이패스 유로 130 : 밸브유닛
132 : 고정부재 134 : 장착홈
136 : 장착부 138 : 로드
142 : 장착캡 143 : 삽입홀
144 : 변형부재 146 : 인너 케이스
148 : 제1 바이패스홀 149 : 고정핀
151 : 관통홀 152 : 제1 개구홀
154 : 아웃터 케이스 155 : 걸림돌기
156 : 제2 바이패스홀 158 : 제2 개구홀
161 : 시일링

Claims

다수개의 플레이트가 적층 구성되어 내부에 상호 교차되게 연결유로를 형성하여 서로 다른 작동유체가 유입되고, 상기 각 연결유로를 통과하는 작동유체가 상호 열교환되는 방열부;
상기 각 연결유로와 각각 연결되도록 상기 방열부에 형성되는 복수개의 유입홀과 배출홀 중, 어느 하나의 유입홀과 배출홀을 상호 연결하며, 유입된 작동유체를 선택적으로 바이패스시키는 바이패스부; 및
상기 바이패스부를 형성하는 유입홀에 대응하여 상기 방열부의 내부에 장착되며, 내부로 유입되는 작동유체의 온도에 따라 변형되는 바이메탈의 변형력을 이용하여 선택적으로 개폐되어 상기 방열부와 바이패스부로 작동유체를 유입시키는 밸브유닛;을 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 연결유로와 상호 연결되는 제1, 제2 배출홀을 포함하고,
상기 밸브유닛은
상면 중앙에 장착홈을 가지며, 상기 제1 유입홀에 대응하여 상기 방열부의 타면에 고정 장착되는 고정부재;
상기 고정부재의 장착홈에 하단이 삽입되어 회전 가능하게 장착되는 로드;
상기 로드가 관통되도록 중앙에 삽입홀이 형성되며, 상기 고정부재의 상부에 장착되는 장착캡;
상기 장착캡의 상부에서 상기 로드에 장착되며, 작동유체의 온도에 따라 수축과 팽창이 이루어지면서 상기 로드를 정방향 또는 역방향으로 회전시키는 변형부재;
상기 고정부재의 상부에서 상기 로드의 선단에 상부가 고정되어 상기 로드와 함께 회전되며, 상부에 적어도 하나 이상의 제1 바이패스홀이 형성되고, 상기 제1 바이패스홀과 이격되어 하단과 연결되는 적어도 하나 이상의 제1 개구홀이 형성되는 인너 케이스; 및
상기 인너 케이스의 외부를 감싼 상태로 상기 인너 케이스를 회전 가능하게 지지하며, 상기 인너 케이스의 회전에 따라 상기 제1 바이패스홀과 제1 개구홀에 선택적으로 연결되는 적어도 하나 이상의 제2 바이패스홀과 제2 개구홀이 형성되어 하단이 상기 고정부재의 상부에 고정되는 아웃터 케이스;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
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제1항에 있어서,
상기 고정부재는
상기 방열부에 나사 체결되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 변형부재는
그 재질이 작동유체의 온도에 따라 수축과 팽창이 이루어지는 바이메탈 소재인 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 변형부재는
나선형의 소용돌이 형상으로 형성되며, 중심에 위치되는 일단이 절곡되어 상기 로드의 하부를 관통한 상태로, 상기 로드에 고정되고, 타단은 상기 변형부재의 외측으로 절곡되어 상기 아웃터 케이스의 내측에 지지되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
제6항에 있어서,
상기 아웃터 케이스는
상기 변형부재의 타단에 대응하여 내주면 일측에 상기 변형부재의 타단이 지지된 상태로 고정되도록 걸림돌기가 내부를 향하여 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 인너 케이스는
상단부에서 상기 로드의 측방으로 삽입되는 고정핀을 통하여 상기 로드에 고정되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 인너 케이스는
상기 제1 유입홀로 유입되는 작동유체가 상기 밸브유닛의 내부로 유입되도록 상면에 적어도 하나 이상의 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
제9항에 있어서,
상기 관통홀은
상기 인너 케이스의 상면에 원주방향을 따라 설정각도로 이격되어 3개가 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 인너 케이스는
하단이 개구된 원통 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 제1 바이패스홀과 제1 개구홀은
상기 인너 케이스의 상부와 하부에 그 둘레를 따라 설정각도로 이격되게 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 제1 개구홀은
상기 제1 바이패스홀로부터 이격된 하부에서 상기 인너 케이스의 길이방향을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 제2 바이패스홀과 제2 개구홀은
상기 제1 바이패스홀과 제1 개구홀에 대응하여 상기 아웃터 케이스의 상부와 하부에 각각 그 둘레를 따라 설정각도로 이격된 위치에서 상호 엇갈리게 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 제2 개구홀은
상기 제2 바이패스홀과 상호 엇갈린 위치에서 상기 아웃터 케이스의 하부에 길이방향을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 고정부재는
상기 장착홈이 형성되는 상면에 상부로 일정부분 돌출되어 상기 장착캡이 장착되는 장착부가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
제16항에 있어서,
상기 장착부는
외주면에 나사산이 형성되어 상기 장착캡과 나사 체결되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 고정부재와 아웃터 케이스의 사이에는
상기 밸브유닛의 내부로 유입되는 작동유체가 상기 밸브유닛의 외부로 누출되는 것을 방지하는 동시에, 상기 방열부와 고정부재의 사이로 작동유체가 누출되는 것을 방지하기 위한 시일링이 장착되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 아웃터 케이스는
양단이 개구된 원통 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 바이패스부는
상기 제1 유입홀과 제1 배출홀의 사이를 상호 연결하며, 상기 방열부의 일면으로 돌출되게 형성되는 차량용 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 제1 유입홀과 제1 배출홀은
상기 방열부의 일면에서 대각선 방향으로 각 모서리부에 형성되는 차량용 열교환기.
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.
제1항에 있어서,
상기 각 작동유체는
라디에이터로부터 유입되는 냉각수와, 자동변속기로부터 유입되는 변속기오일로 구성되는 차량용 열교환기.
제23항에 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.
제24항에 있어서,
상기 바이패스부는
상기 제1 유입홀과 제1 배출홀에 근접한 위치에서 상기 제1 연결유로와는 별도로 상기 제1 유입홀로 유입된 냉각수가 상기 밸브유닛을 통해 상기 제1 배출홀로 바로 배출시키도록 별도의 바이패스 유로를 형성하는 차량용 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 방열부는
각 작동유체의 유동을 대향류(counterflow, 對向流) 시켜 상호 열교환시키는 차량용 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 방열부는
복수개의 플레이트가 적층되는 플레이트형으로 형성되는 차량용 열교환기.