KR102558345B1 - 수냉식 열교환 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 열교환 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉각이 필요한 차량용 부품을 수냉식으로 냉각시키되, 수냉이 필요한 장치를 일체화시키고 필요에 따라 냉각수를 분배 공급하도록 하여 냉각수 라인을 단순화한 수냉식 열교환 시스템에 관한 것이다.

Description

수냉식 열교환 시스템{Water-Cooled Heat Exchanger System}
본 발명은 차량용 열교환 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉각이 필요한 차량용 부품을 수냉식으로 냉각시키되, 수냉이 필요한 장치를 일체화시키고 필요에 따라 냉각수를 분배 공급하도록 하여 냉각수 라인을 단순화한 수냉식 열교환 시스템에 관한 것이다.
자동차의 엔진룸 즉, 프론트 엔드 공간에는 각종 부품들이 모듈화된 상태인 프론트 엔드 모듈(FEM: Front-End Modules)이 탑재된다.
프론트 엔드 모듈에는 열에너지를 재사용하거나 용도에 맞게 온도를 낮추거나 높여 사용할 목적 등으로 각종 열교환기가 장착 적용되고 있다. 쿨링 모듈(Cooling Module)은 상기 프론트 엔드 모듈에 구비되는 한 구성요소로 외부의 공기와 열교환하여 자동차의 구성요소를 냉각 시키거나 실내로 차가운 공기가 공급되도록 하는 열교환 장치이다.
통상적으로 쿨링 모듈은 라디에이터와 콘덴서 및 상기 라디에이터와 콘덴서를 공기와 열교환시켜 냉각시키기 위한 팬 쉬라우드를 포함하는 공랭식 열교환 시스템을 모듈화 하여 구성되는데, 디젤 차량의 경우 인터쿨러(Intercooler)가 추가되고, 자동변속기 차량의 경우 오일쿨러(Oil cooler)가 추가된다.
인터쿨러(Intercooler)는 엔진 출력을 높이기 위해 과급기에 의해 고온ㆍ고압으로 압축된 공기를 식혀주는 장치이다. 대체적으로 디젤 기관을 사용하는 차량에 있어서 엔진의 출력을 향상시키기 위해 엔진의 실린더 내부로 압축공기를 공급하는 과급기를 사용한다. 그러나 상기 과급기에 의해 급속히 압축된 공기는 온도가 매우 높아져 부피가 팽창하고 산소 밀도가 떨어지게 되어 결과적으로 실린더안의 충전효율이 저하되는 현상이 발생된다. 따라서 상기 인터쿨러는 상기 과급기에 의해 압축된 고온의 공기를 냉각함으로써 실린더의 흡입효율이 높아지고, 연소효율이 향상되어 연비가 높아지는 것은 물론 이산화탄소 및 매연 등 환경에 유해한 배기가스의 배출도 크게 줄어든다.
이러한 역할을 담당하는 인터쿨러는 일반적으로 공기를 이용하여 인터쿨러를 냉각시키는 공랭식 인터쿨러를 많이 사용한다.
상기 공랭식 인터쿨러가 적용된 쿨링 모듈의 일예를 도 1에 도시하였으며, 상기 쿨링 모듈(2)은 자동차의 엔진(Engine)의 전방부에 배치되는 라디에이터와, 상기 라디에이터에 냉각 공기를 도입하기 위해 상기 라디에이터의 후단에 고정되는 팬 쉬라우드와, 상기 라디에이터의 전단에 고정되는 콘덴서를 포함하며, 상기 쿨링 모듈(2)의 전방에는 인터쿨러(2)가 배치된다.
한편, 오일쿨러(Oil Cooler)는 자동변속 차량에 구비되는 것으로 토크 컨버터나 동력전달 계통의 엔진오일을 냉각시키는 장치로, 외부 공기와 열교환을 통해 냉각되는 공랭식이 주로 사용되고 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 공랭식 인터쿨러 및 오일쿨러는 공기와 접촉하는 면적이 넓을수록 열교환 효율이 높아지기 때문에 큰 방열 성능이 요구될 경우 열교환기의 크기를 줄이는 데 한계가 있으며, 크기가 큰 열교환기를 적용시킴에 따라 전체적인 쿨링 모듈의 크기가 커지게 된다. 쿨링 모듈은 차량의 전방부 또는 엔진룸 상에 구비되어 엔진룸 공간을 차지하기 때문에 크기가 큰 쿨링 모듈로 인해 엔진룸 활용도가 낮아지고, 엔진룸 내부 구성의 소형화 및 경량화에 부합하지 못하는 문제점이 지적되었다.
위와 같은 문제를 해결하기 위해 최근에는 기본 라디에이터 외에 저온 라디에이터(LTR)를 추가 적용하여 인터쿨러와 오일쿨러 더 나아가 콘덴서까지 수냉식으로 열교환하는 수냉식 열교환 시스템이 도입되어 엔진룸 내부 구성의 소형화 및 경량화에 부합하고 있다. 그러나 수냉식 열교환 시스템은 저온 라디에이터와 냉각이 필요한 각각의 장치를 연결하기 위한 냉각수 공급 배관이 추가 설치됨에 따라 엔진룸 내부 구성이 복잡해지고, 이로 인한 엔진룸 내부 각종 부품들의 배치나 설계가 어려워지는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 냉각이 필요한 부품을 수냉식으로 냉각시키되, 냉각이 필요한 복수의 부품을 한 곳에 집중시켜 모듈화하여 저온 라디에이터와 각각의 부품을 연결하는 냉각수 배관을 단순화한 수냉식 열교환 시스템을 제공함에 있다.
또한, 냉각 부하가 최대가 되는 조건이 서로 다른 복수의 부품들의 냉각 성능이나 효율을 높일 수 있도록 복수의 부품에 공급되는 냉각수의 양을 적절하게 조절하여 분배할 수 있는 분배기를 구비한, 수냉식 열교환 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 일실시 예에 따른 수냉식 열교환 시스템은, 제2 열교환 매체의 냉각을 위한 수냉식 열교환기(210, 220)와, 상기 제2 열교환 매체와 열교환된 제1 열교환 매체의 냉각을 위해 차량 전방에 배치되는 저온 라디에이터(100)를 포함하는 수냉식 열교환 시스템에 있어서, 상기 수냉식 열교환 시스템은, 복수 개의 열교환 대상(300, 400); 및 냉각된 복수의 제2 열교환 매체를 상기 복수 개의 열교환 대상(300, 400)에 각각 공급하기 위한 복수 개의 수냉식 열교환기(210, 220)와, 상기 복수 개의 수냉식 열교환기(210, 220)를 근접 수용하는 하우징(201)을 포함하는 수냉식 열교환 모듈(200); 을 포함하고, 상기 제1 열교환 매체는 단일 라인을 통해 상기 저온 라디에이터의 유출구에서 상기 수냉식 열교환 모듈로 공급된 후 복수의 수냉식 열교환기(210, 220)에 분배되며, 복수의 수냉식 열교환기(210, 220)에서 유출되는 제1 열교환 매체는 통합되어 단일 라인을 통해 상기 수냉식 열교환 모듈에서 상기 저온 라디에이터의 유입구로 공급된다.
이때, 수냉식 열교환 모듈(200)은, 복수의 수냉식 열교환기(210, 220) 각각에 공급되는 제1 열교환 매체의 공급량을 결정하는, 분배 밸브(250)를 더 포함하고, 상기 공급량은, 복수의 수냉식 열교환기(210, 220) 각각의 열교환 부하에 따라 결정된다.
또한, 상기 하우징(201)은, 제1 열교환 매체를 유입 받는 제1 유입구(202)와, 복수의 수냉식 열교환기(210, 220)를 경유하여 열교환된 제1 열교환 매체를 유출하는 제1 유출구(203)를 포함하고, 상기 수냉식 열교환 시스템은, 상기 저온 라디에이터(100)의 유출구와, 상기 제1 유입구(202)를 연결하는 제1-1 라인(L11); 상기 제1 유입구(202)와 분배 밸브(250)를 연결하는 제2-1 라인(L21); 분배 밸브(250)와 각각의 수냉식 열교환기(210, 220)를 연결하는, 제2-2 라인(L22a, L22b); 복수의 수냉식 열교환기(210, 220)에서 유출되는 제1 열교환 매체를 통합하여 상기 제1 유출구(203)에 전달하는 제2-3 라인(L23); 및 제1 유출구(203)와, 저온라디에이터(100)의 유입구를 연결하는 제1-2 라인(L12)을 포함한다.
구체적인 실시 예로, 상기 수냉식 열교환기는, 수냉식 콘덴서(210)와, 수냉식 인터쿨러(220)이고, 상기 제2 열교환 매체는, 수냉식 콘덴서(210)를 경유하는 냉매와, 수냉식 인터쿨러(220)를 경유하는 과급 공기이고, 상기 열교환 대상은, 콘덴서(210)를 통해 냉각된 냉매를 공급받는 증발기(2100)와, 인터쿨러(220)를 통해 냉각된 과급 공기를 공급받는 엔진(2200)인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 분배 밸브(250)는, 차량의 주행 속도에 따라 제1 열교환 매체의 분배량을 조절하도록 구성되되, 차량이 공회전 또는 50km 이하의 저속 주행 시에는 콘덴서(210)에 공급되는 제1 열교환 매체의 공급량을 늘리고, 50km 를 초과하는 고속 주행 시에는, 인터쿨러(220)에 공급되는 제1 열교환 매체의 공급량을 늘리는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 열교환 매체의 공급량은, 차량의 속도에 비례하는 것을 특징으로 하는, 수냉식 열교환 시스템.
또한, 상기 수냉식 열교환 모듈(200)은, 증발기(2100) 및 엔진(2200)에 근접 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수냉식 열교환 모듈(200)은, 엔진(2200)에 고정되되, 증발기(2100)에 근접 배치되며, 수냉식 열교환 모듈(200)과 엔진(2200) 사이에는 단열재(2300)가 구비된다.
다른 구체적인 실시 예로, 상기 수냉식 열교환기는, 수냉식 인터쿨러(220)와 수냉식 오일쿨러(230)이고, 상기 제2 열교환 매체는, 수냉식 인터쿨러(220)를 경유하는 과급 공기와, 수냉식 오일쿨러(230)를 경유하는 미션오일이고, 상기 열교환 대상은, 인터쿨러(220)를 통해 냉각된 과급 공기를 공급받는 엔진(3200)과, 오일쿨러(230)를 통해 냉각된 미션오일을 공급받는 미션(3300)인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수냉식 열교환 모듈(200)은, 엔진(3200) 및 미션(3300)에 근접 배치되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 수냉식 열교환 모듈(200)은, 엔진(3200)에 고정되되, 미션(3300)에 근접 배치되며, 수냉식 열교환 모듈(200)과 엔진(3200) 사이에는 단열재(3400)가 구비된다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 수냉식 열교환 시스템은, 기본적으로 수냉식 열교환 방식을 이용하기 때문에 수냉식 열교환기의 크기를 줄일 수 있고, 냉각이 필요한 부품들을 차량 전방 측에 배치할 필요가 없어 엔진룸 활용도를 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 냉각이 필요한 복수의 부품들을 한 곳에 집중시켜 모듈화하고, 수냉식 열교환기와 복수의 부품간의 냉각수 배관이 단순해짐에 따라 구성을 단순화하여 조립성이나 상품성이 향상되고, 엔진룸 활용도를 높일 수 있는 효과가 있다.
아울러, 각각의 부품에 공급되는 냉각수를 분배기를 이용하여 냉각 부하에 따라 적절하게 분배하기 때문에 냉각 효율을 높일 수 있고, 기존 수냉식 열교환기에 비해 적은 용량의 열교환기 도입으로 엔진룸 내부 구성의 소형화 및 경량화에 부합되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 공랭식 인터쿨러를 포함하는 쿨링 모듈 사시도
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 수냉식 열교환 시스템의 개략도
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 저온 라디에이터 사시도
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 수냉식 열교환 시스템의 개략도
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 수냉식 열교환 시스템의 개략도
이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 수냉식 열교환 시스템에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2에는 본 발명의 기본 실시 예에 따른 수냉식 열교환 시스템(1000)의 개략도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 시스템(1000)은 크게 저온 라디에이터(100)와, 수냉식 열교환 모듈(200)과, 제1 및 제2 열교환 대상(300, 400)을 포함하여 구성된다. 본실시 예에는 열교환 대상이 2개로 도시되어 있으나, 필요에 따라 3개 이상이 구비될 수도 있다. 열교환 대상으로는 인터쿨러를 통해 과급공기를 공급받는 엔진, 오일쿨러를 통해 냉각된 오일을 공급받는 미션, 콘덴서를 통해 냉각된 냉매를 공급받는 증발기 등 중에서 선택될 수 있다.
도 3에는 저온 라디에이터(100)의 사시도가 도시되어 있다. 저온 라디에이터(100)는 수냉식 열교환 모듈(200) 내에서 제1 및 제2 열교환 대상(300, 400)을 냉각시키기 위한 수냉식 열교환기(210, 220)와 열교환된 제1 열교환 매체를 냉각시키기 위해 구성된다. 여기서 수냉식 열교환기(210, 220)는 위에서 언급한 바와 같이 인터쿨러, 오일쿨러, 콘덴서 등 중에서 선택될 수 있다. 도시된 바와 같이 저온 라디에이터(100)는, 일정거리 이격되어 나란하게 구비되는 한 쌍의 헤더탱크(110, 120)와, 헤더탱크(110, 120)에 양단이 고정되어 제1 열교환매체 유로를 형성하는 튜브(130)와, 튜브(130) 사이에 개재되는 핀(140)을 포함하여 이루어진다. 도면상에는 도시되지 않았지만, 헤더탱크(110) 중 어느 하나에는 제1 열교환매체가 유입되는 유입구가 형성되며 다른 하나에는 냉각된 제1 열교환 매체가 유출되는 유입구가 형성될 수 있다.
수냉식 열교환 모듈(200)은, 복수의 수냉식 열교환기(210, 220)가 수용되며, 저온 라디에이터(100)로부터 냉각된 제1 열교환 매체를 유입 받아 수냉식 열교환기(210, 220)를 통해 제2 열교환 매체와 열교환 시킨 후 가열된 제1 열교환 매체를 다시 저온 라디에이터(100)로 반환하는 역할을 수행한다. 이를 위해 수냉식 열교환 모듈(200)은 제1 유입구(202) 및 제1 유출구(203)가 형성된 하우징(201)과, 하우징(201) 내부에 수용되며, 제1 열교환 매체를 공급받아 제2-1 열교환 매체와 열교환 시킨 후 냉각된 제2-1 열교환 매체를 제1 열교환 대상(300)에 공급하는 제1 수냉식 열교환기(210)와, 제1 열교환 매체를 공급받아 제2-2 열교환 매체와 열교환 시킨 후 냉각된 제2-2 열교환 매체를 제2 열교환 대상(400)에 공급하는 제2 수냉식 열교환기(220)를 포함한다. 이때 수냉식 열교환 모듈(200)은 저온 라디에이터(100)에서 공급되는 제1 열교환 매체를 제1 수냉식 열교환기(210)와 제2 수냉식 열교환기(220)에 적절히 분배 공급하도록 분배 밸브(250)가 구비될 수 있다. 구체적으로 제1 수냉식 열교환기(210)의 열교환 부하가 제2 수냉식 열교환기(220)의 열교환 부하보다 클 경우 제1 수냉식 열교환기(210)에 제1 열교환 매체를 많이 공급하고, 제1 수냉식 열교환기(210)의 열교환 부하가 제2 수냉식 열교환기(220)의 열교환 부하보다 작을 경우 제1 수냉식 열교환기(210)에 제1 열교환 매체를 적게 공급하도록 구성될 수 있다.
위와 같은 구성의 수냉식 열교환 시스템(1000) 구체적 동작 실시 예에 대하여 열교환 매체 공급 배관의 구성을 추가하여 상세히 설명하기로 한다.
우선 저온 라디에이터(100)를 통해 냉각된 제1 열교환 매체는 저온 라디에이터(100)에 형성된 유출구와, 수냉식 열교환 모듈(200)에 형성된 제1 유입구(202)를 연결하는 제1-1 라인(L11)을 통해 수냉식 열교환 모듈(200)로 공급된다. 또한, 제1 유입구(202)와, 분배 밸브(250)를 연결하는 제2-1 라인(L21)을 통해 제1 열교환 매체가 분배 밸브(250)로 공급되고, 분배 밸브(250)를 통해 분매된 제1 열교환 매체는 제2-2a 라인(L22a)을 통해 제1 수냉식 열교환기(210)에 공급되거나, 제2-2b 라인(L22b)을 통해 제2 수냉식 열교환기(220)에 공급된다. 제1 및 제2 수냉식 열교환기(210, 220)를 경유하며 가열된 제1 열교환 매체는 제2-3 라인(L23)을 통해 수냉식 열교환 모듈(200)에 형성된 제1 유출구(203)에 전달되고, 제1 유출구(203)와 저온 라디에이터(100)에 형성된 유입구를 연결하는 제1-2 라인(L12)을 통해 저온 라디에이터(100)에 공급된다.
제1 열교환 대상(300) 또는 그 외의 수단에서 제3-1 라인(L31)을 통해 제1 수냉식 열교환기(210)에 공급된 제2-1 열교환 매체는 제1 열교환 매체와 열교환하여 냉각된 후 제3-2 라인(L32)을 통해 제1 열교환 대상(300)에 공급되고, 제2 열교환 대상(400) 또는 그 외의 수단에서 제4-1 라인(L41)을 통해 제2 수냉식 열교환기(220)에 공급된 제2-2 열교환 매체는 제1 열교환 매체와 열교환하여 냉각된 후 제4-2 라인(L42)을 통해 제2 열교환 대상(400)에 공급된다.
도 4에는 본 발명의 구체적 실시 예에 따른 수냉식 열교환 시스템(2000)의 개략도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 시스템(2000)은 크게 저온 라디에이터(100)와, 수냉식 열교환 모듈(200)과, 증발기(2100)와, 엔진(2200)을 포함하여 구성된다. 증발기(2100)는 콘덴서를 통해 냉각된 냉매를 공급받고, 엔진(2200)은 인터쿨러를 통해 냉각된 과급 공기를 공급받게 된다.
수냉식 열교환 모듈(200)은, 상술된 콘덴서(210) 및 인터쿨러(220)가 수용되며, 저온 라디에이터(100)로부터 냉각된 제1 열교환 매체를 유입 받아 콘덴서(210) 및 인터쿨러(220)를 통해 제2 열교환 매체와 열교환 시킨 후 가열된 제1 열교환 매체를 다시 저온 라디에이터(100)로 반환하는 역할을 수행한다. 여기서 제2 열교환 매체는 콘덴서(210)의 경우 냉매일 수 있고, 인터쿨러(220)의 경우 터빈으로부터 공급되는 과급 공기일 수 있다.
이를 위해 수냉식 열교환 모듈(200)은 제1 유입구(202) 및 제1 유출구(203)가 형성된 하우징(201)과, 하우징(201) 내부에 수용되며, 제1 열교환 매체를 공급받아 냉매와 열교환 시킨 후 냉각된 냉매를 증발기(2100)에 공급하는 콘덴서(210)와, 제1 열교환 매체를 공급받아 과급 공기와 열교환 시킨 후 냉각된 과급 공기를 엔진(2200)에 공급하는 인터쿨러(220)를 포함한다. 이때 수냉식 열교환 모듈(200)은 저온 라디에이터(100)에서 공급되는 제1 열교환 매체를 콘덴서(210)와 인터쿨러(220)에 적절히 분배 공급하도록 분배 밸브(250)가 구비될 수 있다. 구체적으로 콘덴서(210)의 열교환 부하가 인터쿨러(220)의 열교환 부하보다 클 경우 콘덴서(210)에 제1 열교환 매체를 많이 공급하고, 콘덴서(210)의 열교환 부하가 인터쿨러(220)의 열교환 부하보다 작을 경우 콘덴서(210)에 제1 열교환 매체를 적게 공급하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로 공회전이나 저속 주행 시에는 콘덴서(210)의 열교환 부하가 크고, 고속 주행 시에는 인터쿨러(220)의 열교환 부하가 크기 때문에, 본실시 예에 따른 분배 밸브(250)는 차량의 주행 속도에 따라 제1 열교환 매체의 분배량을 조절하도록 구성될 수 있다. 즉 공회전 또는 50km 이하의 저속 주행 시에는 인터쿨러(220) 보다 콘덴서(210)에 제1 열교환 매체의 공급량을 늘리고, 50km 를 초과하는 고속 주행 시에는, 콘덴서(210) 보다 인터쿨러(220)에 제1 열교환 매체의 공급량을 늘리도록 구성되며, 공급량은 속도에 비례하여 분배될 수 있다.
위와 같은 수냉식 열교환 시스템(2000)은 차량의 전방에 저온 라디에이터(100)와, 강제 송풍을 위한 팬 쉬라우드 어셈블리(2500)만 배치되기 때문에 엔진룸 내 공간활용도가 높아진다. 또한, 차량 전방에 배치할 필요가 없는 수냉식 콘덴서(210) 및 인터쿨러(220)는 한 곳에 집중하되, 증발기(2100) 및 엔진(2200)에 근접 배치시켜 제2 열교환 매체의 이송을 위한 배관의 길이를 최소화하고 단순화할 수 있다. 구체적 실시 예로 수냉식 열교환 모듈(200)은 증발기(2100)와 가까운 엔진(2200) 측에 결합 고정될 수 있고, 수냉식 열교환 모듈(200)과 엔진(2200) 사이에는 단열을 위한 단열재(2300)가 구비될 수 있다.
한편 수냉식 열교환 모듈(200)로 유입되고, 유출되는 제1 열교환 매체의 유동 라인을 단일화 하여 엔진룸 내 활용도를 더욱 높인 장점이 있다.
아울러 차량 운용 환경에 따라 가변되는 열교환 부하에 맞게 복수의 수냉식 열교환기에 적절히 제1 열교환 매체를 분배 공급하기 때문에 냉각 효율을 높일 수 있고, 이에 따라 저온 라디에이터(100)의 용량을 기존 대비 줄일 수 있어 엔진룸 내 부품의 소형화 및 경량화에 기여할 수 있는 장점이 있다.
위와 같은 구성의 수냉식 열교환 시스템(2000) 구체적 동작 실시 예에 대하여 열교환 매체 공급 배관의 구성을 추가하여 상세히 설명하기로 한다.
우선 저온 라디에이터(100)를 통해 냉각된 제1 열교환 매체는 저온 라디에이터(100)에 형성된 유출구와, 수냉식 열교환 모듈(200)에 형성된 제1 유입구(202)를 연결하는 제1-1 라인(L11)을 통해 수냉식 열교환 모듈(200)로 공급된다. 또한, 수냉식 열교환 모듈(200)에 공급된 제1 열교환 매체는 분배 밸브(250)로 공급되고, 분배 밸브(250)를 통해 분매된 제1 열교환 매체는 수냉식 콘덴서(210)에 공급되거나, 인터쿨러(220)에 공급된다. 콘덴서 및 인터쿨러(210, 220)를 경유하여 가열된 제1 열교환 매체는 제1 유출구(203)를 통해 저온 라디에이터(100)에 공급된다.
증발기(2100)로부터 콘덴서(210)에 공급된 냉매는, 제1 열교환 매체와 열교환하여 냉각된 후 증발기(2100)에 공급되고, 터빈으로부터 인터쿨러(220)에 공급된 가열된 과급 공기는 제1 열교환 매체와 열교환하여 냉각된 후 엔진(2200)에 공급된다.
도 5에는 본 발명의 다른 구체적 실시 예에 따른 수냉식 열교환 시스템(3000)의 개략도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 시스템(3000)은 크게 저온 라디에이터(100)와, 수냉식 열교환 모듈(200)과, 엔진(3200)과, 미션(3300)을 포함하여 구성된다. 엔진(3200)은 인터쿨러를 통해 냉각된 과급 공기를 공급받고, 미션(3300)은 오일쿨러를 통해 냉각된 미션 오일을 공급받게 된다.
수냉식 열교환 모듈(200)은, 상술된 인터쿨러(220) 및 오일쿨러(230)가 수용되며, 저온 라디에이터(100)로부터 냉각된 제1 열교환 매체를 유입 받아 인터쿨러(220) 및 오일쿨러(230)를 통해 제2 열교환 매체와 열교환 시킨 후 가열된 제1 열교환 매체를 다시 저온 라디에이터(100)로 반환하는 역할을 수행한다. 여기서 제2 열교환 매체는 인터쿨러(220)의 경우 터빈으로부터 공급되는 과급 공기일 수 있고, 오일쿨러(230)의 경우 미션오일 일 수 있다.
이를 위해 수냉식 열교환 모듈(200)은 제1 유입구(202) 및 제1 유출구(203)가 형성된 하우징(201)과, 하우징(201) 내부에 수용되며, 제1 열교환 매체를 공급받아 과급 공기와 열교환 시킨 후 냉각된 과급 공기를 엔진(3200)에 공급하는 인터쿨러(220) 및 제1 열교환 매체를 공급받아 미션 오일과 열교환 시킨 후 냉각된 미션 오일을 미션(3300)에 공급하는 오일쿨러(230)를 포함한다. 이때 수냉식 열교환 모듈(200)은 저온 라디에이터(100)에서 공급되는 제1 열교환 매체를 인터쿨러(220)와 오일쿨러(230)에 적절히 분배 공급하도록 분배 밸브(250)가 구비될 수 있다. 구체적으로 인터쿨러(220)의 열교환 부하가 오일쿨러(230)의 열교환 부하보다 클 경우 인터쿨러(220)에 제1 열교환 매체를 많이 공급하고, 인터쿨러(220)의 열교환 부하가 오일쿨러(230)의 열교환 부하보다 작을 경우 인터쿨러(220)에 제1 열교환 매체를 적게 공급하도록 구성될 수 있다.
위와 같은 수냉식 열교환 시스템(3000)은 차량의 전방에 저온 라디에이터(100)와, 강제 송풍을 위한 팬 쉬라우드 어셈블리(3500)만 배치되기 때문에 엔진룸 내 공간활용도가 높아진다. 또한, 차량 전방에 배치할 필요가 없는 인터쿨러(220)와 오일쿨러(230)는 한 곳에 집중하되, 엔진(3200)과 미션(3300)에 근접 배치시켜 제2 열교환 매체의 이송을 위한 배관의 길이를 최소화하고 단순화할 수 있다. 구체적 실시 예로 수냉식 열교환 모듈(200)은 미션(3300)과 가까운 엔진(3200) 측에 결합 고정될 수 있고, 수냉식 열교환 모듈(200)과 엔진(3200) 사이에는 단열을 위한 단열재(3400)가 구비될 수 있다.
한편 수냉식 열교환 모듈(200)로 유입되고, 유출되는 제1 열교환 매체의 유동 라인을 단일화 하여 엔진룸 내 활용도를 더욱 높인 장점이 있다.
아울러 차량 운용 환경에 따라 가변되는 열교환 부하에 맞게 복수의 수냉식 열교환기에 적절히 제1 열교환 매체를 분배 공급하기 때문에 냉각 효율을 높일 수 있고, 이에 따라 저온 라디에이터(100)의 용량을 기존 대비 줄일 수 있어 엔진룸 내 부품의 소형화 및 경량화에 기여할 수 있는 장점이 있다.
위와 같은 구성의 수냉식 열교환 시스템(3000) 구체적 동작 실시 예에 대하여 열교환 매체 공급 배관의 구성을 추가하여 상세히 설명하기로 한다.
우선 저온 라디에이터(100)를 통해 냉각된 제1 열교환 매체는 저온 라디에이터(100)에 형성된 유출구와, 수냉식 열교환 모듈(200)에 형성된 제1 유입구(202)를 연결하는 제1-1 라인(L11)을 통해 수냉식 열교환 모듈(200)로 공급된다. 또한, 수냉식 열교환 모듈(200)에 공급된 제1 열교환 매체는 분배 밸브(250)로 공급되고, 분배 밸브(250)를 통해 분매된 제1 열교환 매체는 수냉식 인터쿨러(220)에 공급되거나, 수냉식 오일쿨러(230)에 공급된다. 인터쿨러 및 오일쿨러(220, 230)를 경유하여 가열된 제1 열교환 매체는 제1 유출구(203)를 통해 저온 라디에이터(100)에 공급된다.
미션(3300)으로부터 오일쿨러(230)에 공급된 미션오일은, 제1 열교환 매체와 열교환하여 냉각된 후 미션(3300)에 공급되고, 터빈으로부터 인터쿨러(220)에 공급된 가열된 과급 공기는 제1 열교환 매체와 열교환하여 냉각된 후 엔진(3200)에 공급된다.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
1000, 2000, 3000 : 수냉식 열교환 시스템
100 : 저온 라디에이터
200 : 수냉식 열교환 모듈 201 : 하우징
202 : 제1 유입구 203 : 제1 유출구
210 : 제1 수냉식 열교환기, 콘덴서
220 : 제2 수냉식 열교환기, 인터쿨러
230 : 오일쿨러
250 : 분배 밸브
300 : 제1 열교환 대상 400 : 제1 열교환 대상
2100 : 증발기 2200, 3200 : 엔진
2300, 3400 : 단열재 2500, 3500 : 팬 쉬라우드 어셈블리
3300 : 미션

Claims (11)

  1. 제2 열교환 매체의 냉각을 위한 수냉식 열교환기(210, 220)와, 상기 제2 열교환 매체와 열교환된 제1 열교환 매체의 냉각을 위해 차량 전방에 배치되는 저온 라디에이터(100)를 포함하는 수냉식 열교환 시스템에 있어서,
    상기 수냉식 열교환 시스템은,
    복수 개의 열교환 대상(300, 400); 및
    냉각된 제2 열교환 매체를 상기 복수 개의 열교환 대상(300, 400)에 각각 공급하기 위한 복수 개의 수냉식 열교환기(210, 220)와, 상기 복수 개의 수냉식 열교환기(210, 220)를 수용하는 하우징(201)을 포함하는 수냉식 열교환 모듈(200); 을 포함하고,
    상기 제1 열교환 매체는 단일 라인을 통해 상기 저온 라디에이터의 유출구에서 상기 수냉식 열교환 모듈로 공급된 후 복수의 수냉식 열교환기(210, 220)에 분배되며, 복수의 수냉식 열교환기(210, 220)에서 유출되는 제1 열교환 매체는 통합되어 단일 라인을 통해 상기 수냉식 열교환 모듈에서 상기 저온 라디에이터의 유입구로 공급되고,
    상기 수냉식 열교환 모듈(200)은,
    복수의 수냉식 열교환기(210, 220) 각각에 공급되는 제1 열교환 매체의 공급량을 결정하는, 분배 밸브(250)를 더 포함하고,
    상기 공급량은, 복수의 수냉식 열교환기(210, 220) 각각의 열교환 부하에 따라 결정되는, 수냉식 열교환 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 하우징(201)은,
    제1 열교환 매체를 유입 받는 제1 유입구(202)와, 복수의 수냉식 열교환기(210, 220)를 경유하여 열교환된 제1 열교환 매체를 유출하는 제1 유출구(203)를 포함하고,
    상기 수냉식 열교환 시스템은,
    상기 저온 라디에이터(100)의 유출구와, 상기 제1 유입구(202)를 연결하는 제1-1 라인(L11);
    상기 제1 유입구(202)와 분배 밸브(250)를 연결하는 제2-1 라인(L21);
    분배 밸브(250)와 각각의 수냉식 열교환기(210, 220)를 연결하는, 제2-2 라인(L22a, L22b);
    복수의 수냉식 열교환기(210, 220)에서 유출되는 제1 열교환 매체를 통합하여 상기 제1 유출구(203)에 전달하는 제2-3 라인(L23); 및
    제1 유출구(203)와, 저온라디에이터(100)의 유입구를 연결하는 제1-2 라인(L12)을 포함하는, 수냉식 열교환 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 수냉식 열교환기는, 수냉식 콘덴서(210)와, 수냉식 인터쿨러(220)이고,
    상기 제2 열교환 매체는, 수냉식 콘덴서(210)를 경유하는 냉매와, 수냉식 인터쿨러(220)를 경유하는 과급 공기이고,
    상기 열교환 대상은, 콘덴서(210)를 통해 냉각된 냉매를 공급받는 증발기(2100)와, 인터쿨러(220)를 통해 냉각된 과급 공기를 공급받는 엔진(2200)인 것을 특징으로 하는, 수냉식 열교환 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 분배 밸브(250)는,
    차량의 주행 속도에 따라 제1 열교환 매체의 분배량을 조절하도록 구성되되, 차량이 공회전 또는 50km 이하의 저속 주행 시에는 콘덴서(210)에 공급되는 제1 열교환 매체의 공급량을 늘리고, 50km 를 초과하는 고속 주행 시에는, 인터쿨러(220)에 공급되는 제1 열교환 매체의 공급량을 늘리는 것을 특징으로 하는, 수냉식 열교환 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제1 열교환 매체의 공급량은,
    차량의 속도에 비례하는 것을 특징으로 하는, 수냉식 열교환 시스템.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 수냉식 열교환 모듈(200)은,
    증발기(2100) 및 엔진(2200)에 근접 배치되는 것을 특징으로 하는, 수냉식 열교환 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 수냉식 열교환 모듈(200)은,
    엔진(2200)에 고정되되, 증발기(2100)에 근접 배치되며, 수냉식 열교환 모듈(200)과 엔진(2200) 사이에는 단열재(2300)가 구비되는, 수냉식 열교환 시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 수냉식 열교환기는, 수냉식 인터쿨러(220)와 수냉식 오일쿨러(230)이고,
    상기 제2 열교환 매체는, 수냉식 인터쿨러(220)를 경유하는 과급 공기와, 수냉식 오일쿨러(230)를 경유하는 미션오일이고,
    상기 열교환 대상은, 인터쿨러(220)를 통해 냉각된 과급 공기를 공급받는 엔진(3200)과, 오일쿨러(230)를 통해 냉각된 미션오일을 공급받는 미션(3300)인 것을 특징으로 하는, 수냉식 열교환 시스템.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 수냉식 열교환 모듈(200)은,
    엔진(3200) 및 미션(3300)에 근접 배치되는 것을 특징으로 하는, 수냉식 열교환 시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 수냉식 열교환 모듈(200)은,
    엔진(3200)에 고정되되, 미션(3300)에 근접 배치되며, 수냉식 열교환 모듈(200)과 엔진(3200) 사이에는 단열재(3400)가 구비되는, 수냉식 열교환 시스템.
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