KR101646129B1 - 차량용 라디에이터 - Google Patents

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KR101646129B1
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김경태
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현대자동차 주식회사
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Abstract

본 발명은 고온 냉각수를 냉각시키는 메인 방열부; 저온 냉각수를 냉각시키는 보조 방열부; 그리고 상기 메인 방열부와 상기 보조 방열부가 열교환하는 것을 차단하는 단열판;을 포함하되, 상기 보조 방열부는 상기 메인 방열부를 가로지르도록 배치되는 것을 특징으로 하는 라디에이터에 관한 것으로, 본 발명의 라디에이터에 의하면 차량 전방부의 충돌 공간을 확보할 수 있고, 라디에이터를 소형화할 수 있으며, 공기 저항이 감소하게 되어 연비 향상을 도모할 수 있다.

Description

차량용 라디에이터 {RADIATOR FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 라디에이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 라디에이터에서 보조 방열부를 한 쌍의 메인 방열부의 중앙에 위치하도록 하고, 각각의 메인 방열부를 이젝터로 연결하여 성능 및 효율이 향상된 차량용 라디에이터에 관한 것이다.
일반적으로, 차량의 엔진 실린더에는 연료와 공기의 혼합기가 분사되고, 이 혼합기가 점화되면서 그로부터 발생한 압력에 의하여 차량의 구동력을 얻도록 되어 있다. 그런데, 혼합기가 연소되면서 상당한 양의 고열이 발생하게 되는데, 이러한 고열을 식히기 위하여 차량에는 워터자켓과 같은 냉각 장치가 구비된다. 그리고, 워터자켓과 같은 냉각 장치를 순환한 냉각수를 다시 식히기 위하여 차량에는 일반적으로 라디에이터가 제공된다.
최근에는 전기 모터를 구동원으로 이용하는 하이브리드 자동차 및 전기 자동차 등의 친환경 자동차가 출시되고 있는데, 이러한 친환경 자동차에는 다수의 전기 장치들이 장착될 수 있다. 예컨대, 차량 구동을 위한 전기 모터, 인버터, 모터 제어기, 및 기타 고전압 부품 등이 탑재될 수 있으며, 이러한 전기 장치들은 열해 방지 및 내구 성능 유지를 위하여 별도의 냉각 시스템이 필요하다. 통상, 전기 장치들의 냉각 요구 조건은 내연 기관의 그것과는 상이하므로 일반적인 라디에이터 외에 별도의 라디에이터가 장착된다.
한편, 친환경 자동차 외에도, 터보 차져가 장착된 차량의 인터쿨러에 대한 냉각 요구 조건도 내연 기관의 그것과는 상이하므로, 인터쿨러를 냉각시키기 위하여 일반적인 라디에이터 외에 별도의 라디에이터가 장착된다.
앞서 설명한 바와 같이, 친환경 자동차나 터보 차져가 장착된 자동차에는 별도의 라디에이터가 구비된다. 이 별도의 라디에이터는 종래의 열교환기의 하측에 배치되거나, 후방 또는 전방에 장착되게 된다.
그런데, 이렇게 별도의 라디에이터를 열교환기의 하측 또는 전후방에 장착하게 된다면, 1) 차량 전방부의 레이아웃이 조밀하게 되어 전방부에 충돌이 있을 경우 충격 흡수가 어려워지는 문제가 있고, 2) 냉각을 위한 공기가 상호간의 간섭으로 인하여 공기 저항이 크게 발생하게 되어 이를 해결하기 위한 팬 모터의 용량이 증대될 수 밖에 없는 문제가 발생하며, 3) 라디에이터를 장착하기 위한 조립 방법이 복잡하게 되고 조립 시간 및 공수가 늘어나게 되는 문제가 발생된다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 라디에이터에서 보조 방열부를 한 쌍의 메인 방열부의 중앙에 위치하도록 하고, 각각의 메인 방열부를 이젝터로 연결하여 성능 및 효율이 향상된 라디에이터의 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 라디에이터는 차량의 전방에서 외기와의 열교환을 통해 내부에 유동되는 냉각수를 냉각시키기 위한 것으로, 고온 냉각수를 냉각시키는 메인 방열부; 저온 냉각수를 냉각시키는 보조 방열부; 그리고 상기 메인 방열부와 상기 보조 방열부가 열교환하는 것을 차단하는 단열판; 을 포함할 수 있고, 상기 보조 방열부는 상기 메인 방열부를 가로지르도록 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 라디에이터는 상기 보조 방열부의 상측에 배치되는 상부 메인 방열부; 상기 상부 메인 방열부의 일측에 형성되며 상기 상부 메인 방열부로부터 냉각수를 전달받도록 된 제1메인 탱크; 상기 보조방열부의 하측에 배치되는 하부 메인 방열부; 상기 하부 메인 방열부의 일측에 형성되며 상기 제1메인 탱크로부터 냉각수를 전달받도록 된 제2메인 탱크;를 더 포함하되, 상기 제1메인 탱크를 경유한 냉각수는 상기 제2메인 탱크에 전달되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 라디에이터는 상기 제1메인 탱크와 상기 제2메인 탱크를 연통시키도록 되어 있으며, 그 내측으로 통과하는 냉각수의 유속을 높이기 위하여 장착되는 이젝터를 더 포함할 수 있다.
상기 이젝터는 상기 제1메인 탱크의 내측에서 냉각수를 유입받도록 된 작동 노즐부; 상기 작동 노즐부와 결합되고, 중공의 실린더 형상이며, 제2메인 탱크로 연장되어 상기 작동 노즐부로부터 공급받은 냉각수를 상기 제2메인 탱크로 전달하도록 되어 있는 메인 노즐부;를 포함하고, 상기 작동 노즐부에는,냉각수가 유입할 수 있도록 그 일측에 유입홀이 형성되고, 상기 유입홀로 유입된 냉각수를 상기 메인 노즐부로 배출할 수 있도록 그 타측에 유출홀 형성되며,상기 유입홀의 단면적은 상기 유출홀의 단면적보다 큰 것을 특징할 수 있다.
상기 라디에이터는 상기 보조 방열부의 일측에 형성되며, 상기 보조 방열부로부터 냉각수를 전달받도록 되어 있는 보조 탱크; 상기 제1메인 탱크와 상기 보조 탱크를 구획하며, 상기 제1메인 탱크의 냉각수가 상기 보조 탱크로 유입되는 것을 차단하는 제1배플; 및 상기 보조 탱크와 상기 제2메인 탱크를 구획하며, 상기 보조 탱크의 냉각수가 상기 제2메인 탱크로 유입되는 것을 차단하기 위하여 형성된 제2배플; 을 더 포함하며, 상기 메인 노즐부의 측면에는 상기 제1메인 탱크로부터 냉각수가 유입될 수 있도록 적어도 하나 이상의 관통홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 적어도 하나 이상의 관통홀은 상기 제1배플과 인접한 상기 메인 노즐부의 둘레를 따라 소정 간격마다 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1배플에는 상하로 개구된 제1삽입홀이 형성되고, 상기 제2배플에는 상하로 개구된 제2삽입홀이 형성되며, 상기 이젝터는 상기 제1배플 및 상기 제2배플을 관통하도록 상기 제1삽입홀과 상기 제2삽입홀에 압입되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 의하면, 냉각수의 온도가 다른 복수 개의 냉각 회로를 동일한 평면에 배치함으로써, 차량 전방부의 충돌 공간을 확보할 수 있고, 라디에이터를 소형화할 수 있으며, 공기 저항이 감소하게 되어 연비 향상을 도모할 수 있다. 또한, 보조 방열부를 라디에이터의 중앙부에 위치함으로써 고속 운행 또는 극저온의 외기 환경에서 보조 방열부의 과냉을 방지할 수 있다. 나아가 이젝터를 적용함으로써 탱크의 크기를 축소할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 라디에이터의 구성도이다.
도 2는 도 1의 "A" 부분의 확대 구성도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
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.
설명의 편의를 위하여, 도면을 기준으로 위가 되는 쪽은 "상측", "상방" 및 이와 유사한 명칭으로 지칭하며, 아래가 되는 쪽은 "하측", "하방" 및 이와 유사한 명칭으로 지칭한다. 또한 도면을 기준으로 왼쪽은 "좌측", "좌방" 및 이와 유사한 명칭으로 지칭하며, 그 반대 방향은 "우측", "우방" 및 이와 유사한 명칭으로 지칭한다.
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일 또는 유사한 구성요소들을 의미한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 라디에이터의 구성도이고, 도 2는 도 1의 "A" 부분의 확대 구성도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 라디에이터(1)는 차량의 전방에서 외기와의 열교환을 통해 내연 기관 또는 전기 장치 등을 순환하는 냉각수를 냉각시키도록 되어 있다. 이러한 라디에이터(1)는 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 메인 방열부(5), 보조 방열부(20), 단열판(40), 방열 튜브(11), 방열핀(12), 그리고 이젝터(100)를 포함한다.
상기 메인 방열부(5)는 내연기관과 같은 고온의 장치를 순환하는 냉각수를 냉각시키도록 되어 있다. 메인 방열부(5)는 상부 메인 방열부(10)와, 하부 메인 방열부(30)를 포함한다.
상기 상부 메인 방열부(10)는 차량의 높이방향을 기준으로 상측에 배치되며, 그 양 측에는 제1메인 탱크(15), 제3메인 탱크(16)가 구비된다. 상기 제1메인 탱크(15)는 도면을 기준으로 상부 메인 방열부(10)의 좌측에 배치되고, 제3메인 탱크(16)는 그 우측에 배치된다. 제3메인 탱크(16)에는 차량의 각 기관을 순환한 고온의 냉각수가 유입되는 제1유입 포트(23)가 형성되어 있다. 도면에서 화살표로 표시한 바와 같이, 제1유입 포트(23)로 공급 받은 냉각수는 상부 메인 방열부(10)를 지나 제1메인 탱크(15)로 전달된다.
상기 하부 메인 방열부(30)는 상부 메인 방열부(10)의 하측에 배치되며, 도면을 기준으로 좌측에는 제2메인 탱크(35)가, 우측에는 제4메인 탱크(36)가 구비된다. 제4메인 탱크(36)에는 메인 방열부(5)를 통과한 냉각수가 유출되는 제1유출 포트(33)가 형성되어 있다. 즉, 제1메인 탱크(15)에서 제2메인 탱크(35)로 전달된 냉각수는 하부 메인 방열부(30)를 지나 제1유출 포트(33)에 의해 배출될 수 있다.
상기 보조 방열부(20)는 상기 메인 방열부(10)를 통과하는 냉각수와는 다른 요구 조건의 냉각수를 냉각시키도록 되어 있다. 즉, 상기 보조 방열부(20)를 통과하는 냉각수는 차량의 전기 장치 또는 인터 쿨러 등과 같이 내연기관과는 다른 냉각 조건을 요구하는 장치를 순환하게 할 수 있다. 보조 방열부(20)를 경유하는 냉각 유로는 메인 방열부(5)와는 분리되어 있어, 독립된 냉각 회로를 구성하게 된다.
한편, 보조 방열부(20)는 메인 방열부(10)와 동일한 평면에서 하나의 열교환기를 구성하도록 일체형으로 조립되며, 높이 방향을 기준으로 메인 방열부(5)의 중앙을 가로지르도록 배치된다. 즉, 보조 방열부(20)는 상부 메인 방열부(10)와 하부 메인 방열부(30)의 높이방향을 기준으로 그 사이에 위치하게 된다. 이렇게 보조 방열부(20)가 라디에이터(1)의 중앙 부위에 배치되면, 라디에이터(1)의 후방에 위치한 냉각 팬(60)에 의하여 공급되는 공기의 유효 면적이 넓어지게 되고, 이에 따라 더 많은 공기가 라디에이터(1)에 공급되어 냉각 효율이 향상된다.
만일, 보조 방열부(20)가 라디에이터(1)의 하측부에 위치하게 되면, 외기의 온도가 극저온인 상태이거나 차량이 고속 주행 상태일 경우, 차량 전방에 장착되는 범퍼에 하측에 형성된 범퍼홀(도시하지 않음)을 통하여 과도하게 저온의 공기가 보조 방열부(20)에 전달된다. 따라서, 보조 방열부(20)를 통과하는 냉각수가 과냉각되는 문제가 있다. 이를 방지하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 보조 방열부(20)는 높이방향을 기준으로 상부 메인 방열부(10)와 하부 메인 방열부(30)의 사이에 배치된다.
보조 방열부(20)의 양 측에는 제1보조 탱크(25), 제2보조 탱크(26)가 구비된다. 상기 제1보조 탱크(25)는 도면을 기준으로 보조 방열부(20)의 좌측에 배치된다. 상기 제2보조 탱크(26)는 제1메인 탱크(15), 제2메인 탱크(35)와 함께 하나의 탱크로 구성될 수 있다. 제1보조 탱크(25)의 상측에는 제1메인 탱크(15)와 제1보조 탱크(25)를 구획하는 제1배플(17)이 구비되고, 제1보조 탱크(25)의 하측에는 제2메인 탱크(35)와 제1보조 탱크(25)를 구획하는 제2배플(27)이 구비된다.
제1배플(17)에는 상하로 개구된 제1삽입홀(18)이 형성되고, 제2배플(27)에는 상하로 개구된 제2삽입홀(28)이 형성되며, 제1삽입홀(18)과 제2삽입홀(28)을 통하여 이젝터(100)가 삽입되어 장착될 수 있다.
상기 제2보조 탱크(26)는 도면을 기준으로 보조 방열부(20)의 우측에 배치되며, 제3메인 탱크(16), 제4메인 탱크(36)와 함께 하나의 탱크로 구성될 수 있다. 제2보조 탱크(26)의 상측에는 제3메인 탱크(16)와 제2보조 탱크(26)를 구획하는 제3배플(37)이 구비되고, 제2보조 탱크(26)의 하측에는 제4메인 탱크(36)와 보조 탱크(26)를 구획하는 제4배플(47)이 구비된다.
상기 단열판(40)은 메인 방열부(10)와 보조 방열부(20) 사이를 구획하도록 구비되고, 메인 방열부(10)와 보조 방열부(20)의 열교환을 차단하는 기능을 수행한다. 단열판(40)은 양 측으로 연장되며 상기 각각의 배플(17, 27, 37, 47)과 일체로 형성될 수 있다. 상기 단열판(40)과 각각의 배플(17, 27, 37, 47)에 의하여, 메인 방열부(5)를 흐르는 냉각 회로와 보조 방열부(20)를 흐르는 냉각 회로는 각각 분리된다.
상기 방열 튜브(11)는 복열로 배치될 수 있고, 제1메인 탱크(15)와 제3메인 탱크(16) 사이 및 제2메인 탱크(35)와 제4메인 탱크(36) 사이 및 제1보조 탱크(25)와 제2보조 탱크(26) 사이에서 양단이 고정되어 열교환 유로를 형성할 수 있다.
상기 방열 핀(12)은 상기 복열의 방열 튜브(11) 사이에 장착되어 외기와 상호 열교환할 수 있도록 되어 있다.
상기 이젝터(100)는 제1메인 탱크(15)와 제2메인 탱크(35)를 연통시키도록 되어 있으며, 그 내측으로 통과하는 냉각수의 유속을 높이기 위하여 장착된다. 이젝터(100)는 그 조립 및 해체를 용이하게 하기 위하여, 적절하게는, 제1배플(17) 및 제2배플(27)을 관통하도록 제1, 2삽입홀(18, 28)에 압입되어 장착된다.
싱기 이젝터(100)는 작동 노즐부(110), 메인 노즐부(120)를 포함한다.
상기 작동 노즐부(110)는 제1메인 탱크(15)의 내측에 구비되고, 원통 형상으로 형성될 수 있으며, 제1메인 탱크(15)로부터 냉각수를 유입 받도록 되어 있다. 작동 노즐부(110)의 일측에는 냉각수가 유입할 수 있도록 유입홀(111)이 형성되어 있고, 그 타측에는 유입홀(111)로 유입된 냉각수를 메인 노즐부(120)로 배출할 수 있도록 유출홀(112)이 형성되어 있다.
상기 유입홀(111)의 단면적은 유출홀(112)의 단면적보다 더 크게 형성된다. 이에 따라, 상기 유입홀(111)로 유입된 냉각수는 점점 좁아지는 작동 노즐부(110)의 내부를 흐르게 되며, 작동 노즐부(110)를 흐르는 냉각수의 유속은 빠르게 된다. 따라서, 작동 노즐부(110)에서 메인 노즐부(120)로 배출되는 냉각수의 유량은 커지게 되는 효과가 있다. 한편, 상기 유입홀(111)은 높이 방향을 기준으로 상측을 향하도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 유입홀(111)로 유입된 냉각수는 중력의 영향을 받게 되어 더욱 빠르게 작동 노즐부(110)를 통과하게 된다.
상기 메인 노즐부(120)는 작동 노즐부(110)와 결합되고, 중공의 실린더 형상이며, 제1메인 탱크(15)로부터 제2메인 탱크(35)로 연장되어 작동 노즐부(110)로부터 공급받은 냉각수를 제2메인 탱크(35)로 전달하도록 되어 있다. 메인 노즐부(120)의 측면에는 제1메인 탱크(15)로부터 냉각수가 유입될 수 있도록 적어도 하나 이상의 관통홀(115)이 형성되어 있다. 상기 적어도 하나 이상의 관통홀(115)은 적절하게는, 제1배플(17)과 인접한 메인 노즐부(120)의 둘레를 따라 소정 간격 마다 형성된다. 관통홀(115)로 유입된 냉각수는 유출홀(112)을 통과한 냉각수와 합류하여 빠르게 메인 노즐부(120)를 통과하여 제2메인 탱크(35)로 전달되게 된다.
또한, 상기 메인 노즐부(120)는 높이 방향을 기준으로 중앙부의 단면적이 작게 형성될 수 있다. 즉, 메인 노즐부(120)은 벤츄리관 형상으로 형성될 수 있으며, 이러한 형상으로 인하여 그 내측을 통과하는 냉각수의 유속 증가를 도모할 수 있다. 이에 따라, 제1, 2메인 탱크(15, 25)의 크기가 다소 작더라도 효과적으로 제1메인 탱크(15)로부터 제2메인 탱크(25)로 냉각수가 공급될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 이젝터(100)는 다양한 종류의 이젝터들 중에 하나를 예시한 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에 예시된 이젝터(100)에 한정되어 적용되지 않고 다양한 종류의 이젝터(100)가 라디에이터(1)에 적용될 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

Claims (8)

  1. 냉각 팬의 전방에 배치되는 라디에이터에 있어서,
    고온 냉각수를 냉각시키는 메인 방열부;
    상기 냉각 팬의 중심 전방에 배치되며, 저온 냉각수를 냉각시키는 보조 방열부; 그리고
    상기 메인 방열부와 상기 보조 방열부가 열교환하는 것을 차단하는 단열판;
    을 포함하되,
    상기 메인 방열부는
    상기 보조 방열부의 상측에 배치되는 상부 메인 방열부; 및
    상기 보조 방열부의 하측에 배치되는 하부 메인 방열부;
    를 포함하고,
    상기 라디에이터는
    상기 상부 메인 방열부로부터 냉각수를 전달받도록 상기 상부 메인 방열부의 일측에 구비되는 제1메인 탱크; 및
    상기 제1메인 탱크로부터 냉각수를 전달받도록 상기 하부 메인 방열부의 일측에 구비되는 제2메인 탱크;
    를 더 포함하며,
    상기 제1메인 탱크를 경유한 냉각수가 상기 제2메인 탱크로 전달되고,
    상기 제1메인 탱크와 상기 제2메인 탱크를 연통하여 상기 제1메인 탱크로부터 상기 제2메인 탱크로 전달되는 냉각수의 유속을 증가시키는 이젝터를 더 포함하는 라디에이터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이젝터는
    상기 제1메인 탱크의 내측에서 냉각수를 유입 받는 작동 노즐부;
    상기 작동 노즐부와 결합되고, 상기 작동 노즐부로부터 공급받은 냉각수를 상기 제2메인 탱크로 전달하는 메인 노즐부;
    를 포함하는 라디에이터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 작동 노즐부의 일측에는 냉각수가 유입되도록 유입홀이 형성되고,
    상기 작동 노즐부의 타측에는 상기 유입홀로 유입된 냉각수를 상기 메인 노즐부로 배출하는 유출홀이 형성되며,
    상기 유입홀의 단면적은 상기 유출홀의 단면적보다 큰 것을 특징으로 하는 라디에이터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 보조 방열부로부터 냉각수를 전달받도록 상기 보조 방열부의 일측에 형성된 보조 탱크;
    상기 제1메인 탱크와 상기 보조 탱크 사이에 상호간에 냉각수가 유입되는 것을 차단하도록 상기 제1메인 탱크와 상기 보조 탱크를 구획하는 제1배플; 및
    상기 보조 탱크와 상기 제2메인 탱크 사이에 상호간에 냉각수가 유입되는 것을 차단하도록 상기 보조 탱크와 상기 제2메인 탱크를 구획하는 제2배플;
    을 더 포함하며,
    상기 제1메인 탱크로부터 냉각수가 유입될 수 있도록 적어도 하나 이상의 관통홀이 상기 메인 노즐부의 측면에 형성된 것을 특징으로 하는 라디에이터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 관통홀은 상기 제1배플과 인접한 상기 메인 노즐부의 둘레를 따라 소정 간격마다 형성되는 것을 특징으로 하는 라디에이터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1배플에는 상하로 개구된 제1삽입홀이 형성되고,
    상기 제2배플에는 상하로 개구된 제2삽입홀이 형성되며,
    상기 이젝터는 상기 제1배플 및 상기 제2배플을 관통하도록 상기 제1삽입홀과 상기 제2삽입홀에 압입되는 것을 특징으로 하는 라디에이터.
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