KR101526427B1 - 차량용 열교환기 - Google Patents

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KR101526427B1
KR101526427B1 KR1020140076490A KR20140076490A KR101526427B1 KR 101526427 B1 KR101526427 B1 KR 101526427B1 KR 1020140076490 A KR1020140076490 A KR 1020140076490A KR 20140076490 A KR20140076490 A KR 20140076490A KR 101526427 B1 KR101526427 B1 KR 101526427B1
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heat exchanger
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housing
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KR1020140076490A
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김재연
이상용
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현대자동차 주식회사
갑을오토텍(주)
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Abstract

차량용 열교환기가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기는 일면과 타면에 복수의 유입홀과 배출홀이 형성되어 각각의 작동유체를 유입 및 배출시키며, 다수개의 플레이트가 적층되어 내부에 각 작동유체가 유동되는 유로가 교대로 형성되고, 상기 각 유로를 각각 통과하는 작동유체를 상호 열교환시키는 열교환부; 복수의 상기 유입홀 중, 하나의 유입홀과 연결되며, 상기 열교환부의 일면 일측에 형성되는 연결홀을 기준으로, 양측에 각각 형성되는 서브 유입홀과 서브 배출홀 중, 상기 서브 배출홀과 연결되어 작동유체를 바이패스 시키도록 상기 열교환부의 일면으로 돌출되어 별도의 바이패스 유로를 형성하는 바이패스부; 및 상기 연결홀과, 상기 서브 유입홀과, 상기 서브 배출홀에 장착되며, 상기 연결홀로 유입된 작동유체의 온도에 따라 변화되는 직선변위를 이용해 상기 연결홀을 상기 서브 유입홀 또는, 상기 서브 배출홀에 선택적으로 연결하여 작동유체를 상기 유로로 유입시키거나 상기 바이패스 유로로 유입시켜 작동유체의 유동방향을 조절하는 밸브유닛을 포함한다.

Description

차량용 열교환기{HEAT EXCHANGER FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 열교환기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 각각의 작동유체가 내부로 유입되어 각각 유동되며, 유입된 작동유체의 온도에 따라 선택적으로 각각의 작동유체를 상호 열교환시켜 온도를 조절하는 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 재사용 하거나 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 내포하고 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 변속기오일과 냉각수가 각각 내부에서 유동되면서 상호 열교환을 통해 온도가 조절되며, 온도 조절 시, 변속기오일의 온도에 따라 작동하는 밸브유닛을 통하여 변속기오일의 웜업 및 냉각기능을 동시에 수행함으로써, 차량의 연비를 개선하고 변속기의 성능을 향상시키도록 하는 차량용 열교환기를 제공하고자 한다.
또한, 종래 별도로 설치되던 밸브를 제거하고, 변속기오일의 온도에 따라 작동하는 밸브유닛을 열교환기에 일체형으로 구비함과 동시에, 변속기에 직접 장착 가능하게 구성함으로써, 배관 레이아웃을 간소화하고, 구성요소를 줄여 원가를 절감하도록 하는 차량용 열교환기를 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기는 일면과 타면에 복수의 유입홀과 배출홀이 형성되어 각각의 작동유체를 유입 및 배출시키며, 다수개의 플레이트가 적층되어 내부에 각 작동유체가 유동되는 유로가 교대로 형성되고, 상기 각 유로를 각각 통과하는 작동유체를 상호 열교환시키는 열교환부; 복수의 상기 유입홀 중, 하나의 유입홀과 연결되며, 상기 열교환부의 일면 일측에 형성되는 연결홀을 기준으로, 양측에 각각 형성되는 서브 유입홀과 서브 배출홀 중, 상기 서브 배출홀과 연결되어 작동유체를 바이패스 시키도록 상기 열교환부의 일면으로 돌출되어 별도의 바이패스 유로를 형성하는 바이패스부; 및 상기 연결홀과, 상기 서브 유입홀과, 상기 서브 배출홀에 장착되며, 상기 연결홀로 유입된 작동유체의 온도에 따라 변화되는 직선변위를 이용해 상기 연결홀을 상기 서브 유입홀 또는, 상기 서브 배출홀에 선택적으로 연결하여 작동유체를 상기 유로로 유입시키거나 상기 바이패스 유로로 유입시켜 작동유체의 유동방향을 조절하는 밸브유닛을 포함한다.
상기 각 유입홀은 상기 열교환부의 일면에 형성되는 제1 유입홀과, 상기 열교환부의 타면 일측에 형성되는 제2 유입홀로 이루어지며, 상기 각 배출홀은 상기 제1 유입홀에 대응하여 상기 열교환부의 일면에 형성되는 제1 배출홀과, 상기 제2 유입홀에 대응하여 상기 열교환부의 타면 타측에 형성되는 제2 배출홀로 이루어질 수 있다.
상기 제1 유입홀과 제1 배출홀은 상기 열교환부의 일면에서 대각선 방향으로 각 모서리부에 형성될 수 있다.
상기 제2 유입홀과 제2 배출홀은 상기 열교환부의 타면에서 대각선 방향으로 상호 이격된 위치에 각각 형성되며, 상기 제1 유입홀과 제1 배출홀에 서로 대향되게 형성될 수 있다.
상기 연결홀은 상기 제2 유입홀에 대응하는 위치에서 상기 열교환부를 관통한 상태로 상기 제2 유입홀과 연결되게 형성될 수 있다.
상기 서브 유입홀은 상기 열교환부의 유로 중, 하나의 유로와 연결되고, 상기 서브 배출홀은 상기 유로와 연결 되지 않은 상태로, 상기 바이패스 유로를 통해 상기 제2 배출홀과 연결될 수 있다.
상기 작동유체는 라디에이터로부터 유입되는 냉각수와, 변속기로부터 유입되는 변속기오일로 이루어질 수 있다.
상기 열교환부는 타면이 변속기의 일측에 장착되며, 냉각수가 상기 제1 유입홀과 제1 배출홀을 통해 순환되고, 변속기오일이 상기 제2 유입홀과 제2 배출홀을 통해 순환될 수 있다.
상기 각 유로는 상기 열교환부의 내부에서 상기 제1 유입홀과 상기 제1 배출홀에 상호 연결되며, 상기 제1 유입홀을 통해 유입되는 냉각수가 유입되어 이동하는 제1 유로; 및 상기 각 제1 유로의 사이사이에 교차로 형성되고, 상기 열교환부의 내부에서 상기 제2 유입홀과 상기 제2 배출홀에 상호 연결되며, 상기 제2 유입홀을 통해 유입되는 변속기오일이 유입되어 이동되는 제2 유로를 포함할 수 있다.
상기 열교환부는 각 작동유체의 유동을 대향류(counterflow, 對向流) 시켜 상호 열교환시킬 수 있다.
상기 밸브유닛은 일단이 개구되고, 길이방향을 따라 일측에 상기 연결홀과 연결되는 제1 연결포트와, 상기 제1 연결포트를 기준으로 양측에 상기 서브 유입홀과 연결되는 제2 연결포트와, 상기 서브 배출홀과 연결되는 제3 연결포트가 각각 형성되는 하우징; 상기 하우징의 개구된 일단에 장착되어 상기 하우징의 내부를 폐쇄하는 고정캡; 상기 하우징의 내부에서 상기 고정캡에 일단이 고정되는 고정로드; 상기 고정로드의 타단에 삽입되며, 상기 하우징의 내부에서 길이방향을 따라 슬라이드 이동 가능하게 삽입된 상태로, 작동유체의 온도변화에 따라 내부에서 팽창 또는 수축이 이루어지면서, 상기 고정로드 상에서 전진 또는 후진 이동되는 변형부재; 및 상기 하우징의 폐쇄된 타단 내부에서 상기 변형부재와의 사이에 개재되며, 상기 변형부재의 팽창에 따라 상승 시, 압축되면서 상기 변형부재에 탄성력을 제공하는 탄성부재를 포함할 수 있다.
상기 하우징은 일단이 개구된 원통형상으로 형성될 수 있다.
상기 고정캡은 상기 하우징의 내부를 향하는 일면 중앙에 상기 고정로드가 장착되는 장착부가 일체로 형성될 수 있다.
상기 하우징은 상기 고정캡을 고정시키는 고정링을 장착하기 위한 링홈이 개구된 일단부 내주면 둘레를 따라 형성될 수 있다.
상기 변형부재는 그 재질이 작동유체의 온도에 따라 내부에서 수축과 팽창이 이루어지는 왁스소재로 형성되며, 상기 하우징의 내주면에 외주면이 접촉된 상태로 상기 하우징에 삽입될 수 있다.
상기 탄성부재는 일단이 상기 하우징의 폐쇄된 타단 내측면에 지지되고, 타단은 상기 변형부재에 지지되는 코일 스프링으로 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기에 의하면, 변속기오일과 냉각수가 각각 내부에서 유동되면서 상호 열교환을 통해 온도가 조절되며, 온도 조절 시, 변속기오일의 온도에 따라 작동하는 밸브유닛을 통하여 변속기오일의 웜업 및 냉각기능을 동시에 수행함으로써, 차량의 연비를 개선하고 변속기의 성능을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 종래 별도로 설치되던 밸브를 제거하고, 변속기오일의 온도에 따라 작동하는 밸브유닛을 열교환기에 일체형으로 구비함과 동시에, 변속기에 직접 장착 가능하게 구성함으로써, 배관 레이아웃을 간소화하는 동시에, 구성요소를 줄여 원가절감 및 중량을 감소시키는 효과도 있다.
또한, 작동유체의 온도에 따른 밸브 개폐작동의 응답성을 향상시킴으로써, 작동유체를 보다 효율적으로 제어할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기가 적용되는 차량 냉각시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기의 배면도이다.
도 5는 본 발명의 실싱예에 따른 차량용 열교환기의 분해 사시도이다.
도 6은 도 3의 A-A 선에 따른 단면도이다.
도 7은 도 3의 B-B 선에 따른 단면도이다.
도 8은 도 3의 C-C 선에 따른 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기에 적용되는 밸브유닛의 분해 사시도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기에서 밸브유닛의 작동 상태도이다.
도 11 내지 도 13은 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.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 “...유닛”, “...수단”, “...부”, “...부재” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기가 적용되는 차량 냉각시스템의 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기의 사시도이며, 도 3과 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기의 평면도 및 배면도이고, 도 5는 본 발명의 실싱예에 따른 차량용 열교환기의 분해 사시도이며, 도 6은 도 3의 A-A 선에 따른 단면도이고, 도 7은 도 3의 B-B 선에 따른 단면도이며, 도 8은 도 3의 C-C 선에 따른 단면도이며, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기에 적용되는 밸브유닛의 분해 사시도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기(100)는 차량의 변속기오일을 냉각 또는 웜업시키도록 차량 냉각 시스템에 적용된다.
상기한 차량 냉각 시스템은 기본적으로, 도 1에서 도시한 바와 같이, 워터펌프(11)를 통해 냉각팬(21)이 장착된 라디에이터(20)를 통과하면서 냉각된 냉각수가 엔진(10)을 냉각시키도록 냉각수 배관을 통해 연결되고, 이 냉각수 배관 상에는 미도시된 차량 난방시스템과 연결되는 히터 코어(30)를 포함하여 구성된다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기(100)는 변속기오일과 냉각수가 각각 내부에서 유동되면서 상호 열교환을 통해 온도가 조절되며, 온도 조절 시, 변속기오일의 온도에 따라 작동하는 밸브유닛(130)을 통하여 변속기오일의 웜업 및 냉각기능을 동시에 수행함으로써, 차량의 연비를 개선하고 변속기(40)의 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 종래 별도로 설치되던 밸브를 제거하고, 변속기오일의 온도에 따라 작동하는 밸브유닛(130)을 열교환기에 일체형으로 구비함과 동시에, 변속기(40)에 직접 장착 가능하게 구성함으로써, 배관 레이아웃을 간소화하고, 구성요소를 줄여 원가를 절감할 수 있도록 한다.
즉, 본 실시예에서, 상기 각 작동유체는 라디에이터(20)로부터 유입되는 냉각수와, 변속기(40)로부터 유입되는 변속기오일로 구성되며, 열교환기(100)를 통해 냉각수와 변속기오일을 상호 열교환시켜 변속기오일의 온도를 조절하게 된다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기(100)는 워터펌프(10)와 히터코어(30) 사이에서 냉각수 배관을 통해 연결되어 냉각수가 순환되고, 변속기오일이 공급되도록 변속기(40)의 일측에 일체형으로 장착되어 변속기(40)에 각각 연결된다.
이러한 열교환기(100)는 도 2 내지 도 5에서 도시한 바와 같이, 크게 열교환부(110), 바이패스부(120), 및 밸브유닛(130)을 포함하여 구성되며, 이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 열교환부(110)는 일면과 타면에 복수의 유입홀(116)과 배출홀(118)이 형성되어 각각의 작동유체인 냉각수와 변속기오일을 유입 및 배출시키며, 다수개의 플레이트(112)가 적층되어 내부에 상호 교차되게 각기 다른 유로(114)를 형성하되, 각 유로(114)를 각각 통과하는 변속기오일과 냉각수를 상호 열교환시키게 된다.
이러한 열교환부(110)는 각 유로(114)를 통해 변속기오일이 냉각수와 함께 각각 통과하면서 상호 열교환이 이루어지며, 일면과 타면에 각각 적어도 하나 이상의 유입홀(116)과 배출홀(118)이 각각 형성되어 각 유로(114)와 각각 연결된다.
여기서, 상기 열교환부(110)는 엔진오일과 변속기오일이 냉각수와 각각 반대방향을 향하여 교차되면서 흐르도록 그 유동을 대향류(counterflow, 對向流) 시켜 상호 열교환시키게 된다.
이와 같이 구성되는 상기 열교환부(110)는 복수개의 플레이트(112)가 적층되는 판형(또는,‘플레이트형’이라고도 함)으로 형성될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 바이패스부(120)는 복수의 유입홀(116) 중, 하나의 유입홀(116)이 열교환부(110)의 일면 일측에 형성되는 연결홀(115)과 연결된다.
이러한 바이패스부(120)는 연결홀(115)을 기준으로, 양측에 각각 형성되는 서브 유입홀(117)과 서브 배출홀(119) 중, 서브 배출홀(119)과 연결되어 작동유체를 바이패스 시키도록 열교환부(110)의 일면으로 돌출되어 각 유로(114)와는 별도의 바이패스 유로(122)를 형성하게 된다.
여기서, 상기 바이패스 유로(122)는 열교환부(110)의 내부에 형성된 유로(116)의 통과 없이 배출홀(118) 중, 하나의 배출홀(118)을 통해 열교환기(100)에서 외부로 배출된다.
한편, 본 실시예에서, 각 유입홀(116)은 열교환부(110)의 일면에 형성되는 제1 유입홀(116a)과, 열교환부(110)의 타면 일측에 형성되는 제2 유입홀(116b)로 구성된다.
상기 각 배출홀(118)은 제1 유입홀(116a)에 대응하여 열교환부(110)의 일면에 형성되는 제1 배출홀(118a)과, 제2 유입홀(116b)에 대응하여 열교환부(110)의 타면 타측에 형성되는 제2 배출홀(118b)로 이루어질 수 있다.
이러한 제1, 제2 유입홀(116a, 116b)은 열교환부(110)의 내부에서 각각의 유로(114)를 통해 제1, 제2 배출홀(118a, 118b)에 각각 상호 연결된다.
여기서, 상기 제1 유입홀(116a)과 제1 배출홀(118a)은 열교환부(110)의 일면에서 대각선 방향으로 각 모서리부에 형성된다.
또한, 상기 제2 유입홀(116b)과 제2 배출홀(118b)은 의 타면에서 대각선 방향으로 상호 이격된 위치에 각각 형성되며, 제1 유입홀(116a)과 제1 배출홀(118a)에 서로 대향되게 형성된다.
그리고 상기 연결홀(115)은 제2 유입홀(116b)에 대응하는 위치에서 상기 열교환부(110)를 관통한 상태로 상기 제2 유입홀(116b)과 연결되게 형성될 수 있다.
또한, 상기 서브 유입홀(117)은 열교환부(110)의 유로(114) 중, 하나의 유로(114)와 연결되고, 서브 배출홀(119)은 유로(114)와 연결되지 않은 상태로, 바이패스 유로(122)를 통해 제2 배출홀(118b)과 연결될 수 있다.
이와 같이 구성되는 상기 열교환부(110)는 타면이 변속기(40)의 일측에 장착되며, 냉각수가 제1 유입홀(116a)과 제1 배출홀(118a)을 통해 순환되고, 변속기오일이 제2 유입홀(116b)과 제2 배출홀(118b)을 통해 순환된다.
한편, 상기 제1 유입홀(116a)과 제1 배출홀(118a)에는 연결파이프(P)가 장착되며, 이 연결파이프(P)에 장착되는 연결호스 또는 연결배관 등을 통해 라디에이터(20)에 연결될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 각 유로(114)는, 도 6 내지 도 8에서 도시한 바와 같이, 제1, 제2 유로(114a, 114b)로 구성된다.
먼저, 상기 제1 유로(114a)는 열교환부(110)의 내부에서 제1 유입홀(116a)과 제1 배출홀(118a)에 상호 연결되며, 제1 유입홀(116a)을 통해 유입되는 냉각수가 유입되어 이동된다.
그리고 상기 제2 유로(114b)는 각 제1 유로(114a)의 사이사이에 교차로 형성되고, 열교환부(110)의 내부에서 제2 유입홀(116b)과 상기 제2 배출홀(118b)에 상호 연결되며, 제2 유입홀(116b)을 통해 유입되는 변속기오일이 유입되어 이동된다.
여기서, 상기 서브 유입홀(117)은 변속기오일이 유입될 경우, 제1 배출홀(118a)에 이웃한 열교환부(110)의 모서리부 내부로 연결홀(115)을 통해 유입된 변속기오일을 이동시켜 각각의 제2 유로(114b)를 통과시키게 된다.
각각의 제2 유로(114b)를 통과하는 변속기오일은 제1 배출홀()에 이웃한 열교환부(110)의 모서리부에서 대각선 방향에 위치되는 제1 유입홀(116a)에 이웃한 열교환부(110)의 모서리부 내부를 지나 제2 배출홀(118b)을 통해 열교환기(110)의 외부로 배출된다.
즉, 상기 연결홀(115)을 통해 유입된 변속기오일은 서브 유입홀(117)을 통해 각각의 제2 유로(114b)를 통하여 제1 유입홀(116a)과 제1 배출홀(118a)과 대향되는 열교환부(110)의 대각선 방향으로 유동되며, 각각의 제1 유로(114a)를 통과하는 냉각수와 반대방향으로 유동되면서 상호 열교환이 이루어진다.
이와는 반대로, 상기 연결홀(115)을 통해 유입된 변속기오일이 제2 유로(114b)의 통과 없이 바이패스 될 경우에는 서브 배출홀(119)을 통해 바이패스 유로(122)로 유동되며, 열교환부(110)의 내부를 통과하지 않은 상태로, 제2 배출홀(118b)을 통해 외부로 배출된다.
한편, 본 실시예에서는 상기 제1 유입홀(116a)과 제1 배출홀(118a)을 통해 유입 및 배출되는 냉각수가 제1 유로(114a)로 유동되고, 변속기오일이 제2 유입홀(116b)을 통해 연결홀(115)로 유입되어 밸브유닛(130)의 선택적인 작동을 통해 서브 유입홀(117)로부터 제2 유로(114b)를 통해 제2 배출홀(118b)로 배출되거나, 서브 배출홀(119)로부터 바이패스 유로(122)를 통과하여 제2 배출홀(118b)로 배출되는 것을 일 실시예로 하여 설명하고 있으나, 이에 한정된 것은 아니며, 냉각수와 변속기오일은 서로 변경하여 적용할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 변속기오일의 온도에 따라 밸브유닛(130)이 작동되는 것을 일 실시예로 하여 설명하고 있으나, 이에 한정된 것은 아니며, 냉각수의 온도에 따라 밸브유닛(130)이 작동될 수도 있다.
그리고 밸브유닛(130)은 열교환부(110)의 일면 상부에서 연결홀(115)과, 서브 유입홀(117)과, 서브 배출홀(119)에 장착된다.
이러한 밸브유닛(130)은 연결홀(115)로 유입된 작동유체인 변속기오일의 온도에 따라 변화되는 직선 변위를 이용해 연결홀(115)을 서브 유입홀(117) 또는, 서브 배출홀(119)에 선택적으로 연결하여 변속기오일을 제2 유로(114b)로 유입시켜 열교환부(110) 내부를 통과시키거나 바이패스 유로(122)로 바이패스(Bypass) 시킴으로써, 변속기오일의 유동방향을 조절하게 된다.
여기서, 밸브유닛(130)은, 도 9에서 도시한 바와 같이, 하우징(132), 고정캡(134), 고정로드(136), 변형부재(138), 및 탄성부재(139)를 포함하여 구성되며, 이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 하우징(132)은 일단이 개구되고, 길이방향을 따라 일측에 연결홀(115)과 연결되는 제1 연결포트(132a)와, 제1 연결포트(132a)를 기준으로 양측에 상기 서브 유입홀(117)과 연결되는 제2 연결포트(132b)와, 서브 배출홀(119)과 연결되는 제3 연결포트(132c)가 각각 형성된다.
이러한 하우징(132)은 길이방향으로 일단이 개구된 원통형상으로 형성될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 고정캡(134)은 하우징(132)의 개구된 일단에 장착되어 하우징(132)의 내부를 폐쇄하게 된다.
여기서, 상기 하우징(132)에는 개방된 일단으로 삽입된 고정캡(134)을 고정시키는 고정링(135)을 장착하기 위한 링홈(133)이 개구된 일단부 내주면 둘레를 따라 형성될 수 있다.
즉, 상기 하우징(132)의 개방된 일단으로 삽입된 고정캡(134)은 링홈(133)에 장착되는 고정링(135)에 의해 하우징(132)으로부터 이탈되는 것이 미연에 방지될 수 있으며, 상기 하우징(132)의 내부로 유입된 변속기오일이 하우징(132)의 고정캡(134)과의 사이에서 외부로 누출되는 것을 방지하도록 외주면이 고무재질로 이루어질 수 있다.
상기 고정로드(136)는 하우징(132)의 내부에서 길이방향으로 수평하게 배치된 상태로, 고정캡(134)에 일단이 고정된다.
여기서, 상기 고정캡(134)은 하우징(132)의 내부를 향하는 일면 중앙에 고정로드(136)가 장착되는 장착부(134a)가 일체로 형성될 수 있으며, 고정로드(136)는 그 일단이 장착부(134a)에 일정부분 삽입된 상태로 고정캡(134)에 고정된다.
본 실시예에서, 상기 변형부재(138)는 고정로드(136)의 타단에 삽입되며, 하우징(132)의 내부에서 길이방향을 따라 슬라이드 이동 가능하게 삽입된 상태로, 하우징(132)의 내부로 유입된 변속기오일의 온도변화에 따라 내부에서 팽창 또는 수축이 이루어지면서, 고정로드(134) 상에서 전진 또는 후진 이동된다.
즉, 상기 변형부재(138)는 고정로드(134) 상에서 전진 또는 후진됨에 따라 직선 변위가 발생되면서 상기 하우징(132)의 내부에서 그 위치가 가변된다.
그리고 상기 탄성부재(139)는 하우징(132)의 폐쇄된 타단 내부에서 변형부재(138)와의 사이에 개재되며, 변형부재(138)의 팽창에 따라 상승 시, 압축되면서 변형부재(138)에 탄성력을 제공하게 된다.
여기서, 상기 탄성부재(139)는 일단이 하우징(132)의 폐쇄된 타단 내측면에 지지되고, 타단은 변형부재(138)에 지지되는 코일 스프링으로 형성될 수 있다.
이와 같이 구성되는 밸브유닛(130)에서 변형부재(138)는 그 재질이 작동유체의 온도에 따라 내부에서 수축과 팽창이 이루어지는 왁스소재로 형성되며, 하우징(132)의 내주면에 외주면이 접촉된 상태로 하우징(132)에 삽입될 수 있다.
여기서 왁스소재는 온도에 따라 부피가 팽창되거나 수축이 이루어지는 것으로, 온도가 높아지면 내부에서 그 부피가 팽창되었다가 온도가 낮아지면 탄성부재(139)의 탄성력에 의해 다시 수축되어 내부에서 초기 부피로 복원되는 성질을 갖는 소재이다.
즉, 상기 변형부재(138)는 내부에 왁스소재가 포함된 어셈블리로 구성되며, 내부에 왁스소재가 온도에 따라 부피변형이 발생될 경우, 외형은 변형되지 않으면서, 고정로드(136) 상에서 전진 또는 후진될 수 있으며, 후진 시, 탄성부재(139)의 탄성력에 의해 보다 신속하게 초기위치로 복원된다.
이와 같이 구성되는 밸브유닛(130)의 작동을 첨부한 도 10을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기에서 밸브유닛의 작동 상태도이다.
먼저, 상기 변형부재(138)는 초기 장착 시, 도 10의 (S1)과 같이, 연결홀(115)과 서브 배출홀(119)에 각각 연결된 제1, 제3 연결포트(132a, 132c)가 연결되도록 위치된다.
이러한 상태에서, 제1 연결포트(132a)를 통해 하우징(132) 내부로 유입된 변속기오일의 온도가 설정온도 이상일 경우, 도 10의 (S2)와 같이, 팽창되어 고정로드(136) 상에서 전진됨으로써, 연결홀(115)이 서브 유입홀(117)과 연결되도록 제1 연결포트(132a)와 제2 연결포트(132b)를 연결하게 된다.
이에 따라, 변속기오일은 제1 연결포트(132a)를 통해 하우징(132) 내부로 유입된 후, 제2 연결포트(132b)와 연결된 서브 유입홀(117)로 유입되어 열교환부(110)의 내부에 형성된 각각의 제2 유로(114b)로 유입된다.
그리고 상기 변형부재(138)가 팽창된 상태에서, 연결홀(115)을 통해 제1 연결포트(132a)로 유입된 변속기오일이 설정온도 이하일 경우, 변형부재(138)는 다시 수축되면서 탄성부재(139)의 탄성력에 의해 보다 신속하게 고정로드(136) 상에서 후진된다.
이에 따라, 상기 변형부재(138)는 다시 초기상태로 그 위치가 복원되어 제1 연결포트(132a)와 제3 연결포트(132c)를 상호 연결하여 유입된 변속기오일을 제3 연결포트(132c)와 연결된 서브 배출홀(119)을 통해 바이패스 유로(122)로 배출하게 된다.
한편, 상기 변형부재(138)는 고정로드(136)에 장착된 초기상태에서 설정 온도 이하의 온도가 낮은 변속기오일이 유입될 경우에는 팽창 또는 수축이 발생되지 않아 위치의 가변이 이루어지지 않게 된다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기(100)의 작동 및 작용을 상세히 설명한다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기의 단계별 작동 상태도이다.
먼저, 변속기(40)로부터 배출된 변속기오일은 변속기(40)의 일측에 장착된 열교환기(100)의 제2 유입홀(116b)로부터 연결홀(115)로 유입되어 밸브유닛(130)의 제1 연결포트(132a)를 통해 하우징(132)의 내부로 유입된다.
이 때, 하우징(132)의 내부로 유입된 변속기오일의 온도가 설정온도보다 낮을 경우, 도 11에서 도시한 바와 같이, 밸브유닛(130)의 변형부재(138)는 하우징(132) 내부로 유입된 변속기오일의 온도가 변형 발생 온도보다 낮기 때문에 변형되지 않고 초기상태를 유지하게 된다.
이에 따라, 변형부재(138)는 하우징(132)의 내부에서 제2 연결포트(132b)로 변속기오일이 유입되는 것을 방지한 상태로, 제1 연결포트(132a)를 제3 연결포트(132c)와 연결시킨 상태를 유지하게 된다(도 10의 (S1) 참조).
그러면, 밸브유닛(130)의 하우징(132) 내부로 유입된 변속기오일은 제3 연결포트(135c)를 통해 서브 배출홀(119)로 배출되어 바이패스부(120)가 형성하는 바이패스 유로(122)를 따라 유동되어 각 제2 유로(114b)의 통과 없이 제2 배출홀(118b)을 통하여 열교환기(100)로부터 배출되어 다시 변속기(40)로 유입된다.
이에 따라, 변속기오일은 제2 유로(114b)로 유입되는 것이 방지되며, 열교환부(110)의 각 제1 유로(114a)를 통과하는 저온상태의 냉각수와의 열교환이 방지된다.
즉, 본 실시예에 따른 열교환기(100)에서 바이패스 유로()는 차량의 주행 상태나 아이들 모드, 또는 초기 시동과 같이 차량의 상태나 주행모드에 따라 변속기오일의 빠른 웜업이 요구될 경우, 각각의 제1 유로(114a)의 사이에 위치되는 각 제2 유로(114b)로 변속기오일의 유입을 방지하여 제1 유로(114a)를 통과하는 저온상태의 냉각수와 열교환을 통해 온도가 저하되는 것을 방지하게 된다.
반대로, 변속기오일의 온도가 설정온도보다 높을 경우, 즉, 변속기오일의 냉각이 필요한 경우에는, 도 12에서 도시한 바와 같이, 밸브유닛(130)의 변형부재(138)가 연결홀(12)로 유입된 고온의 변속기오일에 의해 내부에서 팽창되어 고정로드(136) 상에서 전진되어 제3 유입포트(132c) 측으로 이동된다(도 10의 (S2) 참조).
그러면, 변형부재(138)는 하우징(132)의 내부에서 제1 유입포트(132a)와 제3 유입포트(132c)의 사이에 위치됨으로써, 제1 유입포트(132a)와 제3 유입포트(132c)의 연결을 해제하고, 제1 유입포트(132a)를 제2 유입포트(132b)와 연결하게 된다.
이에 따라, 변속기(40)로부터 배출된 고온의 변속기오일은 제2 유입홀(116b)을 통해 연결홀(115)과 제1 유입포트(132a)를 거쳐 밸브유닛(130)의 하우징(132) 내부로 유입된다.
그런 후, 변속기오일은 변형부재()의 팽창 변형에 의한 직선 변위 발생을 통해 개방된 제2 유입포트(132b)를 통하여 서브 유입홀(117)로 유입되어 열교환부(110)의 각 제2 유로(114b)를 유동하게 된다.
그러면, 각각의 제2 유로(114b)를 통과하는 고온의 변속기오일은 제1 유입홀(116a)로 유입되어 각각의 제1 유로(114a)를 통과하는 냉각수와 열교환부(110)의 내부에서 상호 열교환되어 그 온도가 조절된다.
여기서, 냉각수와 변속기오일은 열교환부(110)의 내부에서 각각 대각선 방향으로 서로 반대측을 향해 유동되어 그 유동을 대향류(counterflow, 對向流) 시켜 상호 열교환됨으로써, 보다 효율적인 열교환이 이루어진다.
한편, 냉각수는, 도 13과 같이, 상기 열교환부(110)의 일면에 형성된 제1 유입홀(116a)을 통해 라디에이터(20)로부터 유입되어 각각의 제1 유로(114a)를 통과한 후, 제1 배출홀(118a)을 통해 배출되면서, 변속기오일의 온도에 따라 작동하는 밸브유닛(130)에 의해 선택적으로 제2 유로(114b)를 통과하는 변속기오일과 열교환된다.
이에 따라, 토크 컨버터와 내부 기어에 의해 발생되는 유체 마찰로 발열되어 냉각이 요구되는 변속기오일은 열교환부(110)에서 저온의 냉각수와 상호 열교환을 통해 냉각된 상태로 변속기(40)로 공급된다.
즉, 상기 열교환기(100)는 고속으로 회전되는 변속기(40)로 냉각된 변속기오일을 공급함으로써, 변속기(40)의 슬립 발생을 방지하게 된다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기(100)는 유입되는 변속기오일의 온도에 따라 밸브유닛(130)의 변형부재(138)가 팽창 또는 수축 변형되면, 변형부재(138)가 고정로드(136) 상에서 전진 또는 후진하여 직선 변위를 발생시킴에 따라, 하우징(132)의 내부에서 변속기오일이 유입되는 제1 연결포트(132a)를 제2 연결포트(132b), 또는 제3 연결포트(132c)와 연결하여 변속기오일의 유동을 제어하게 된다.
그러면, 밸브유닛(130)의 하우징(132) 내부로 유입된 변속기오일은 바이패스 유로(122)를 통해 제1 유로(114a)를 통과하는 냉각수와의 열교환 없이 변속기(40)로 다시 배출되거나, 각 제2 유로(114b)를 통과하면서 제1 유로(114a)를 통과하는 저온의 냉각수와 상호 열교환되면서 냉각된 상태로, 변속기(40)로 배출된다.
따라서, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기(100)를 적용하면, 변속기오일과 냉각수가 각각 내부에서 유동되면서 상호 열교환을 통해 온도가 조절되며, 변속기오일의 온도 조절 시, 변속기오일의 온도에 따라 작동하는 밸브유닛(130)을 통하여 변속기오일의 웜업 및 냉각기능을 동시에 수행함으로써, 차량의 운행 상태에 따라 변속기오일의 온도 조절을 효율적으로 수행할 수 있다.
또한, 차량의 운행 상태에 따라서 변속기오일의 온도조절이 가능해짐으로써, 차량의 연비를 개선할 수 있고, 변속기(40)의 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 변속기오일의 냉시동 시에 마찰 저감을 위한 웜업기능과, 주행 시 슬립 방지 및 내구 유지를 위한 냉각기능의 동시 수행이 가능하여 연비 및 변속기(40) 내구성을 향상시킬 수 있다.
그리고 종래 별도로 설치되던 밸브를 제거하고, 변속기오일의 온도에 따라 작동하는 밸브유닛(130)을 열교환기(100)에 일체형으로 구비함과 동시에, 변속기(40)에 직접 장착 가능하게 구성함으로써, 배관 레이아웃을 간소화하는 동시에, 구성요소를 줄여 원가절감 및 중량 감소를 도모하면서 엔진룸 내부에서 장착공간 확보에 따른 어려움을 해소할 수 있다.
아울러, 작동유체의 온도에 따른 밸브 개폐작동의 응답성을 향상시킴으로써, 작동유체를 보다 효율적으로 제어할 수 있고, 차량의 전체적인 상품성을 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(112)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 : 열교환부
112 : 플레이트
114 : 유로
114a, 114b : 제1, 제2 유로
115 : 연결홀
116 : 유입홀
116a, 116b : 제1, 제2 유입홀
117 : 서브 유입홀
118 : 배출홀
118a, 118b : 제1, 제2 배출홀
119 : 서브 배출홀
120 : 바이패스부
122 : 바이패스 유로
130 : 밸브유닛
132 : 하우징
132a, 132b, 132c : 제1, 제2, 제3 연결포트
133 : 링홈
134 : 고정캡
134a : 장착부
135 : 고정링
136 : 고정로드
138 : 변형부재
139 : 탄성부재

Claims (16)

  1. 일면과 타면에 복수의 유입홀과 배출홀이 형성되어 각각의 작동유체를 유입 및 배출시키며, 다수개의 플레이트가 적층되어 내부에 각 작동유체가 유동되는 유로가 교대로 형성되고, 상기 각 유로를 각각 통과하는 작동유체를 상호 열교환시키는 열교환부;
    복수의 상기 유입홀 중, 하나의 유입홀과 연결되며, 상기 열교환부의 일면 일측에 형성되는 연결홀을 기준으로, 양측에 각각 형성되는 서브 유입홀과 서브 배출홀 중, 상기 서브 배출홀과 연결되어 작동유체를 바이패스 시키도록 상기 열교환부의 일면으로 돌출되어 별도의 바이패스 유로를 형성하는 바이패스부; 및
    상기 연결홀과, 상기 서브 유입홀과, 상기 서브 배출홀에 장착되며, 상기 연결홀로 유입된 작동유체의 온도에 따라 변화되는 직선변위를 이용해 상기 연결홀을 상기 서브 유입홀 또는, 상기 서브 배출홀에 선택적으로 연결하여 작동유체를 상기 유로로 유입시키거나 상기 바이패스 유로로 유입시켜 작동유체의 유동방향을 조절하는 밸브유닛;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각 유입홀은
    상기 열교환부의 일면에 형성되는 제1 유입홀과, 상기 열교환부의 타면 일측에 형성되는 제2 유입홀로 이루어지며,
    상기 각 배출홀은 상기 제1 유입홀에 대응하여 상기 열교환부의 일면에 형성되는 제1 배출홀과, 상기 제2 유입홀에 대응하여 상기 열교환부의 타면 타측에 형성되는 제2 배출홀로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 유입홀과 제1 배출홀은
    상기 열교환부의 일면에서 대각선 방향으로 각 모서리부에 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2 유입홀과 제2 배출홀은
    상기 열교환부의 타면에서 대각선 방향으로 상호 이격된 위치에 각각 형성되며, 상기 제1 유입홀과 제1 배출홀에 서로 대향되게 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 연결홀은
    상기 제2 유입홀에 대응하는 위치에서 상기 열교환부를 관통한 상태로 상기 제2 유입홀과 연결되게 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 서브 유입홀은
    상기 열교환부의 유로 중, 하나의 유로와 연결되고, 상기 서브 배출홀은 상기 유로와 연결 되지 않은 상태로, 상기 바이패스 유로를 통해 상기 제2 배출홀과 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 작동유체는
    라디에이터로부터 유입되는 냉각수와, 변속기로부터 유입되는 변속기오일로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 열교환부는
    타면이 변속기의 일측에 장착되며, 냉각수가 상기 제1 유입홀과 제1 배출홀을 통해 순환되고, 변속기오일이 상기 제2 유입홀과 제2 배출홀을 통해 순환되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 각 유로는
    상기 열교환부의 내부에서 상기 제1 유입홀과 상기 제1 배출홀에 상호 연결되며, 상기 제1 유입홀을 통해 유입되는 냉각수가 유입되어 이동하는 제1 유로; 및
    상기 각 제1 유로의 사이사이에 교차로 형성되고, 상기 열교환부의 내부에서 상기 제2 유입홀과 상기 제2 배출홀에 상호 연결되며, 상기 제2 유입홀을 통해 유입되는 변속기오일이 유입되어 이동되는 제2 유로;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 열교환부는
    각 작동유체의 유동을 대향류(counterflow, 對向流) 시켜 상호 열교환시키는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 밸브유닛은
    일단이 개구되고, 길이방향을 따라 일측에 상기 연결홀과 연결되는 제1 연결포트와, 상기 제1 연결포트를 기준으로 양측에 상기 서브 유입홀과 연결되는 제2 연결포트와, 상기 서브 배출홀과 연결되는 제3 연결포트가 각각 형성되는 하우징;
    상기 하우징의 개구된 일단에 장착되어 상기 하우징의 내부를 폐쇄하는 고정캡;
    상기 하우징의 내부에서 상기 고정캡에 일단이 고정되는 고정로드;
    상기 고정로드의 타단에 삽입되며, 상기 하우징의 내부에서 길이방향을 따라 슬라이드 이동 가능하게 삽입된 상태로, 작동유체의 온도변화에 따라 내부에서 팽창 또는 수축이 이루어지면서, 상기 고정로드 상에서 전진 또는 후진 이동되는 변형부재; 및
    상기 하우징의 폐쇄된 타단 내부에서 상기 변형부재와의 사이에 개재되며, 상기 변형부재의 팽창에 따라 상승 시, 압축되면서 상기 변형부재에 탄성력을 제공하는 탄성부재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 하우징은
    일단이 개구된 원통형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 고정캡은
    상기 하우징의 내부를 향하는 일면 중앙에 상기 고정로드가 장착되는 장착부가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 하우징은
    상기 고정캡을 고정시키는 고정링을 장착하기 위한 링홈이 개구된 일단부 내주면 둘레를 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 변형부재는
    그 재질이 작동유체의 온도에 따라 내부에서 수축과 팽창이 이루어지는 왁스소재로 형성되며, 상기 하우징의 내주면에 외주면이 접촉된 상태로 상기 하우징에 삽입되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 탄성부재는
    일단이 상기 하우징의 폐쇄된 타단 내측면에 지지되고, 타단은 상기 변형부재에 지지되는 코일 스프링으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
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