KR102641822B1 - 차량용 라디에이터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 라디에이터에 관한 것으로, 냉각수가 유입 및 배출되는 헤더 탱크(300)와, 상기 헤더 탱크(300)에 결합되며, 상기 냉각수가 유동하는 튜브와 상기 냉각수를 외부 공기와 열교환하는 방열핀을 구비하여 상기 냉각수를 냉각하는 방열부(100)를 포함하며, 상기 방열부(100)는 엔진을 냉각시킨 상기 냉각수가 유입되어 냉각되는 고온 영역(110)과, 전장품을 냉각시킨 상기 냉각수가 유입되어 냉각되는 저온 영역(130)과, 상기 고온 영역(110) 및 저온 영역(130)의 사이에 배치되어 상기 고온 영역(110)에서 냉각된 상기 냉각수의 일부를 재냉각시키는 댐핑 영역(150)으로 구획된 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 고온 영역과 저온 영역의 사이에 댐핑 영역을 구비하여 냉각수가 한번 더 냉각되도록 함으로써 고온 영역과 저온 영역간 온도 차이에 의한 열 응력을 감소시키고, 그에 따른 라디에이터의 내구성 및 수명을 향상시키는 효과가 있다.

Description

차량용 라디에이터{Radiator for a vehicle}
본 발명은 차량용 라디에이터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 방열 구조 및 내구성이 향상된 차량용 라디에이터에 관한 것이다.
차량의 엔진 가동 시 발생되는 열이 실린더 헤드나 피스톤, 밸브 등에 전도되면, 열이 전도된 부품의 온도가 과도하게 상승하면서 열팽창이나 열화 등에 따라 부품 강도가 떨어질 수 있다. 이에 따라 엔진 수명이 단축될 수 있으며, 연소 상태도 나빠져 노킹이나 조기점화 등이 발생할 수 있어 엔진의 출력이 저하될 수 있다.
또한, 엔진의 냉각이 불완전하게 이루어지는 경우에는 실린더 내주면의 유막이 끊어지는 등 윤활기능이 저하되고, 엔진 오일이 변질되어 실린더의 이상 마모를 일으킬 수 있다. 이에 따라 피스톤이 실린더 내벽면에 융착되는 현상도 발생할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 통상 수냉식 냉각장치가 적용된다.
수냉식 냉각장치는 워터펌프로 냉각수를 순환시켜 실린더 블록 및 실린더 헤드를 순환시켜 엔진 부품을 냉각시키며, 냉각수를 방열시켜 재사용하기 위해 라디에이터 및 냉각팬, 수온 조절기 등이 구비될 수 있다.
통상적으로 라디에이터는 엔진 부품의 냉각을 위한 엔진 라디에이터(고온 라디에이터)와 전장품의 냉각을 위한 전장 라디에이터(저온 라디에이터)가 있으며, 최근에는 엔진 룸 내부의 공간 활용을 위해 전술한 두 가지가 일체로 형성된 일체형 라디에이터를 사용하는 추세이다. 차량용 라디에이터의 일 예가 한국특허공개 2016-0091093호에 개시되어 있다.
일체형 라디에이터에는 엔진의 열을 흡수해 상대적으로 고온인 냉각수가 유입되는 고온 영역과, 상대적으로 저온인 냉각수가 유입되는 저온 영역이 존재한다. 따라서 고온 영역과 저온 영역의 온도차 때문에 발생되는 열 충격에 의해 라디에이터의 내구성이 저하될 위험이 높다.
따라서 내구성을 향상시키기 위해 라디에이터의 방열 효율을 향상시킬 방법이 필요한 현실이다.
한국특허공개 2016-0091093호(공개일 2016년08월02일)
본 발명의 목적은 방열 구조 및 내구성이 향상된 차량용 라디에이터를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 차량용 라디에이터는, 냉각수가 유입 및 배출되는 헤더 탱크(300)와, 상기 헤더 탱크(300)에 결합되며, 상기 냉각수가 유동하는 튜브와 상기 냉각수를 외부 공기와 열교환하는 방열핀을 구비하여 상기 냉각수를 냉각하는 방열부(100)를 포함하며, 상기 방열부(100)는 엔진을 냉각시킨 상기 냉각수가 유입되어 냉각되는 고온 영역(110)과, 전장품 또는 수냉식 열교환기를 냉각시킨 상기 냉각수가 유입되어 냉각되는 저온 영역(130)과, 상기 고온 영역(110) 및 저온 영역(130)의 사이에 배치되어 상기 고온 영역(110)에서 냉각된 상기 냉각수의 일부를 재냉각시키는 댐핑 영역(150)으로 구획된 것을 특징으로 한다.
상기 헤더 탱크(300)는 서로 마주보도록 상호 이격된 제1 탱크(300a) 및 제2 탱크(300b)를 포함한다.
상기 고온 영역(110)에서 냉각된 상기 냉각수가 배출되는 고온 배출 포트(320)와, 상기 냉각수를 상기 저온 영역(130)으로 유입시키는 저온 유입 포트(340)를 더 포함한다.상기 고온 배출 포트(320)와 상기 저온 유입 포트(340)는 상기 제1 탱크(300a)에 형성되는 것을 특징으로 한다.상기 냉각수를 상기 고온 영역(110)으로 유입시키는 고온 유입 포트(310)와, 상기 댐핑 영역(150)에서 냉각된 상기 냉각수가 배출되는 보조 배출 포트(330)와, 상기 저온 영역(130)에서 냉각된 상기 냉각수가 배출되는 저온 배출 포트(350)를 더 포함한다.상기 고온 유입 포트(310)와 상기 보조 배출 포트(330)와 상기 저온 배출 포트(350)는 상기 제2 탱크(300b)에 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 고온 배출 포트(320)와 상기 저온 유입 포트(340)가 세로 방향에서 서로 마주보며 배치되고, 상기 고온 유입 포트(310)와 상기 보조 배출 포트(330) 및 상기 저온 배출 포트(350)가 세로 방향에서 서로 마주보며 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 보조 배출 포트(330)는 상기 고온 배출 포트(320)보다 작은 크기인 것을 특징으로 한다.
상기 저온 유입 포트(340) 및 저온 배출 포트(350)는 상기 고온 배출 포트(320)보다 작은 크기인 것을 특징으로 한다.
상기 댐핑 영역(150) 및 저온 영역(130)에서의 상기 냉각수가 유동되는 방향은 동일한 방향인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 라디에이터는, 고온 영역과 저온 영역의 사이에 댐핑 영역을 구비하여 냉각수가 한번 더 냉각되도록 함으로써 고온 영역과 저온 영역간 온도 차이에 의한 열 응력을 감소시키고, 그에 따른 라디에이터의 내구성 및 수명을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 라디에이터의 내부 구조를 도시한 모식도이다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 라디에이터에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 라디에이터의 내부 구조를 도시한 모식도이다.
본 발명에서 고온 영역(High Temperature Zone)은 엔진의 열을 흡수해 상대적으로 고온이 된 냉각수가 유입되는 영역을 의미하며, 저온 영역(Low Temperature Zone)은 전장품 또는 수냉식 열교환기 열을 흡수해 고온 영역에 비해 상대적으로 저온의 냉각수가 유입되는 영역을 의미한다. 도 1을 기준으로 상부 쪽이 고온 영역이고, 하부 쪽이 저온 영역에 해당된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 차량용 라디에이터(10)는 엔진룸의 전방 쪽에 설치되며, 헤더 탱크(300)와, 튜브 및 방열핀(미도시)으로 구성된 방열부(100)와, 엔진룸에 체결되기 위한 체결구조(본 발명의 요지가 아니므로 상세한 설명을 생략함) 등으로 구성될 수 있다. 방열부(100) 상에서의 냉각수 온도에 따라 고온 영역(110) 및 저온 영역(130)으로 구분할 수 있으며, 고온 영역(110)과 저온 영역(130)의 사이에 댐핑 영역(150)이 구비된다.
헤더 탱크(300)는 헤더와 탱크가 결합된 것으로, 한 쌍이 서로 마주보며 소정 간격을 이루도록 구비된다. 헤더는 판 형태로 튜브가 삽입되어 지지되며, 탱크와 함께 냉각수가 유동되는 공간을 형성한다. 본 발명에서는 편의상 도 1을 기준으로 헤더 탱크(300)의 좌측을 제1 탱크(300a), 우측을 제2 탱크(300b)라고 정의한다.
제1 탱크(300a)에는 엔진을 냉각하고 라디에이터(10)로 유입된 냉각수가 라디에이터(10) 외부로 배출되는 고온 배출 포트(320)와, 전장품 또는 수냉식 열교환기를 냉각시킨 냉각수가 라디에이터(10)로 유입되는 저온 유입 포트(340)가 구비된다.
제2 탱크(300b)에는 엔진을 냉각시킨 냉각수가 라디에이터(10)로 유입되는 고온 유입 포트(310)와, 고온 영역(110)에서 냉각된 냉각수의 일부가 배출되는 보조 배출 포트(330)와, 저온 영역(130)에서 냉각된 냉각수가 외부로 배출되는 저온 배출 포트(350)가 구비된다.
유입 및 배출 포트들의 이러한 배치는 냉각수 방향(도 1의 화살표 방향 참조)에 따른 것이며, 설치 환경에 따라 냉각수 방향 및 헤더 탱크(300) 상에서의 배치는 달라질 수 있다.
고온 유입 포트(310)는 엔진을 냉각시키고 고온이 된 냉각수가 유입되는 포트로, 예를 들면 냉각수의 온도는 섭씨 100도로 유입될 수 있다. 고온의 냉각수가 냉각수 유동 방향을 따라 이동하면서 냉각되며, 튜브를 따라 이동할 때 외부 공기와 열교환해 냉각된다. 고온 영역(110)을 통과해 제2 탱크(300b)에서 제1 탱크(300a) 쪽으로 이동한 냉각수는 고온 배출 포트(320)를 통해 라디에이터(10) 외부로 배출되며, 이 때 온도는 예를 들어 섭씨 90도일 수 있다.
고온 배출 포트(320)를 통해 일부의 냉각수가 배출되어 엔진으로 돌아가게 되고, 나머지 냉각수는 튜브를 따라 하측으로 이동해 댐핑 영역(150)으로 전달된다. 즉, 냉각수의 이동 방향이 대략 'ㄷ'자 형태로 꺾여 이동하게 된다. 이는 냉각수가 고온 유입 포트(310)에서 고온 배출 포트(320)로 한번 이동하면서 냉각되는 흐름에 추가적인 냉각수의 흐름을 만들어 냉각수가 댐핑 영역(150)을 거치도록 하는 것이다.
일 예로, 댐핑 영역(150)의 튜브 개수는 고온 영역(110)의 튜브 개수의 10% 내외로 구성할 수 있으며, 고온 영역(110)을 흐르는 냉각수 유량의 10% 정도가 댐핑 영역(150)으로 흐르도록 설계될 수 있다.
이와 같이, 냉각수가 고온 영역(110)에서 뿐만 아니라 댐핑 영역(150)에서 한번 더 냉각된 후 배출되도록 하므로 고온 영역(110)과 저온 영역(130)간의 온도 차이에 의한 열 응력을 줄일 수 있다.
댐핑 영역(150)에서 냉각수가 유동하면서 외부 공기와 열교환해 냉각되며, 냉각된 냉각수는 보조 배출 포트(330)로 배출된다. 배출되는 냉각수의 온도는 예를 들면, 섭씨 80도 일 수 있다. 보조 배출 포트(330)는 고온 유입 포트(310) 또는 고온 배출 포트(320)보다 작은 크기를 갖는 것이 바람직하다. 보조 배출 포트(330)는 고온 유입 포트(310) 및 저온 배출 포트(350)와 세로 방향에서 서로 마주보며 배치될 수 있다. 보조 배출 포트(330)의 크기가 고온 배출 포트(320)보다 작기 때문에 냉각수의 흐름이 느려져 냉각수가 충분히 냉각될 수 있다. 또한, 고온 영역(110)에서 한번 냉각된 냉각수가 댐핑 영역(150)에서 추가로 냉각되므로 냉각 성능이 향상됨은 물론 저온 영역(130)의 중심부와의 온도 차이를 최소화할 수 있다.
한편, 저온 유입 포트(340)는 전장품 또는 수냉식 열교환기를 냉각시키고 가열된 냉각수가 유입되는 포트로, 예를 들면 냉각수의 온도는 섭씨 70도로 유입될 수 있다. 저온 유입 포트(340)가 제1 탱크(300a)에 구비되고, 저온 배출 포트(350)가 제2 탱크(300b)에 구비되므로 댐핑 영역(150)에서 냉각수가 유동하는 방향과 동일한 방향으로 냉각수가 흐르게 된다. 저온 유입 포트(340)는 고온 배출 포트(320)와 세로 방향에서 서로 마주보며 배치되고, 저온 배출 포트(350)는 고온 유입 포트(310) 및 보조 배출 포트(330)와 세로 방향에서 서로 마주보며 배치된다.
또한, 저온 유입 포트(340)와 저온 배출 포트(350)는 고온 유입 포트(310) 및 고온 배출 포트(320)보다 작은 크기로 형성된다.
저온 영역(130)의 냉각수 입구와 고온 영역의 냉각수 출구를 동일한 탱크 측에 배치함으로써 탱크 내부에서의 온도 차이를 최소화하는 효과가 있다.
튜브는 제1 탱크(300a) 및 제2 탱크(300b)의 사이에 복수 개로 구비되며, 양단이 헤더 탱크(300)에 삽입되어 결합된다. 튜브는 이웃한 튜브와 일정 간격으로 상호 이격 배치되며, 냉각을 위한 공기의 송풍 방향과 나란하게 배치된다. 튜브 내로 냉각수가 유동하므로 튜브는 냉각수의 유로 역할을 한다.
방열핀은 튜브의 사이에 구비되며, 튜브 사이를 흐르는 공기와의 방열 면적을 증가시켜 튜브 내부를 흐르는 냉각수가 외부 공기와 효율적으로 열교환해 냉각되도록 한다. 튜브 및 방열판은 라디에이터의 일반적인 구성이므로 상세한 설명 및 도면의 도시를 생략하기로 한다.
전술한 바와 같이, 고온 영역과 저온 영역의 사이에 더미 튜브가 아닌 고온 및 저온 영역과 동일한 튜브 및 방열핀을 갖는 댐핑 영역을 구비하여 냉각수의 흐름을 한번 더 일으킴으로써 영역간 온도 차이에 의한 열 응력을 감소시키고, 그에 따른 라디에이터의 내구성 및 수명을 향상시키는 효과가 있다.
앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 일 실시 예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 권리범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경이 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한, 본 발명의 권리범위에 속하게 될 것이다.
10: 라디에이터 100: 방열부
110: 고온 영역 130: 저온 영역
150: 댐핑 영역

Claims (10)

  1. 냉각수가 유입 및 배출되는 헤더 탱크(300)와,
    상기 헤더 탱크(300)에 결합되며, 상기 냉각수가 유동하는 튜브와 상기 냉각수를 외부 공기와 열교환하는 방열핀을 구비하여 상기 냉각수를 냉각하는 방열부(100)를 포함하며,
    상기 방열부(100)는 엔진을 냉각시킨 상기 냉각수가 유입되어 냉각되는 고온 영역(110)과, 전장품 또는 수냉식 열교환기를 냉각시킨 상기 냉각수가 유입되어 냉각되는 저온 영역(130)과, 상기 고온 영역(110) 및 저온 영역(130)의 사이에 배치되어 상기 고온 영역(110)에서 냉각된 상기 냉각수의 일부를 재냉각시키는 댐핑 영역(150)으로 구획되고,
    상기 헤더 탱크(300)는 서로 마주보도록 상호 이격된 제1 탱크(300a) 및 제2 탱크(300b)를 포함하며,
    상기 고온 영역(110)에서 냉각된 상기 냉각수가 배출되는 고온 배출 포트(320)와, 상기 냉각수를 상기 저온 영역(130)으로 유입시키는 저온 유입 포트(340)를 더 포함하고,
    상기 고온 배출 포트(320)와 상기 저온 유입 포트(340)는 상기 제1 탱크(300a)에 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 라디에이터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 냉각수를 상기 고온 영역(110)으로 유입시키는 고온 유입 포트(310)와, 상기 댐핑 영역(150)에서 냉각된 상기 냉각수가 배출되는 보조 배출 포트(330)와, 상기 저온 영역(130)에서 냉각된 상기 냉각수가 배출되는 저온 배출 포트(350)를 더 포함하는 차량용 라디에이터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 고온 유입 포트(310)와 상기 보조 배출 포트(330)와 상기 저온 배출 포트(350)는 상기 제2 탱크(300b)에 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 라디에이터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 고온 배출 포트(320)와 상기 저온 유입 포트(340)가 세로 방향에서 서로 마주보며 배치되고, 상기 고온 유입 포트(310)와 상기 보조 배출 포트(330) 및 상기 저온 배출 포트(350)가 세로 방향에서 서로 마주보며 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 라디에이터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 보조 배출 포트(330)는 상기 고온 배출 포트(320)보다 작은 크기인 것을 특징으로 하는 차량용 라디에이터.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 저온 유입 포트(340) 및 저온 배출 포트(350)는 상기 고온 배출 포트(320)보다 작은 크기인 것을 특징으로 하는 차량용 라디에이터.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 댐핑 영역(150) 및 저온 영역(130)에서의 상기 냉각수가 유동되는 방향은 동일한 방향인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 차량용 라디에이터.
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