KR20020045822A - 고/저온 수냉식 냉각시스템 - Google Patents

고/저온 수냉식 냉각시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가열된 냉각수를 고온수와 저온수로 분리 또는 혼합하여 순환시킴으로써 각 열교환기의 특성에 따른 배열을 통해 대기중으로 방열되는 열에너지를 하드웨어적으로 제어할 수 있는 고/저온 수냉식 냉각시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 고/저온 수냉식 냉각 시스템은, 엔진에서 유입되는 냉각수를 외부공기와 열교환시켜 냉각하는 고온부 방열기와 상기 고온부 방열기에서 냉각되어 배출되는 냉각수의 일부를 워터 펌프로부터 유입하여 외부 공기와 재열교환시킨 다음 재배출하는 저온부 방열기가 일체화되어 이루어진 방열기와; 상기 저온부 방열기로부터 냉각수를 유입하여 엔진 연소실에 공급되는 과급공기와 열교환시키는 챠지 에어 쿨러와; 상기 챠지 에어 쿨러에서 배출되는 냉각수와 오일순환회로를 따라 순환하는 오일을 열교환시키는 오일 쿨러와; 상기 고온부 방열기와 상기 오일 쿨러로부터 배출되는 냉각수를 펌핑하여 엔진의 워터 재킷으로 강제 송출하는 워터 펌프와; 그리고, 엔진에서 배출된 냉각수를 기준온도 이상일 경우에 상기 고온부 방열기로 유도하고 기준온도 이하인 경우에는 워터 펌프로 바이패스시키는 서모스탯을 구비하여 이루어진다.

Description

고/저온 수냉식 냉각시스템{High/Low Temperature Water Cooling System}
본 발명은 가열된 냉각수를 고온수와 저온수로 분리 또는 부분적으로 혼합하여 순환시킴에 따라 각 열교환기의 특성에 따른 배열을 통해 대기중으로 방열되는 열에너지를 하드웨어적으로 제어할 수 있도록 한 고/저온 수냉식 냉각시스템에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 방열기를 엔진 냉각을 위한 고온 방열기와 챠지 에어쿨러 및 오일 쿨러 냉각을 위한 저온 방열기로 분리하며, 격막을 이용하여 입,출구부탱크를 격리시켜 냉각수의 순환경로를 변경시킴에 따라, 대류열전달계수가 증가되어 방열면적을 증대시킬 수 있도록 한 고/저온 수냉식 냉각시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 엔진에 공급되는 연료의 열량 중에서 유효한 기계적 에너지 즉, 바퀴의 구동력에 이용되는 에너지는 전부하에서 30%정도이며, 나머지 70%는 열손실과 기계적인 손실이며, 손실 중 배기손실이 30%, 기계적인 마찰손실이 10%, 인위적인 냉각에 의한 냉각손실이 30%인 것으로, 이러한 손실은 열의 형태로 방출된다.
배기손실은 연소가스가 고온,고압의 상태 그대로 실린더로부터 배출되기 때문에 회수가 곤란하고, 냉각 손실을 줄이면 엔진이 고온상태로 작동하게 되는 바 윤활유의 윤활 한계를 초월하기 때문에 엔진이 손상되며, 반대로 과냉시키면 연소에 의해 발생된 열에너지가 냉각으로 상실되는 양이 많아져 엔진의 열효율을 저하시켜 연료소비를 증대시킨다.
이로 인해, 엔진의 연비 향상을 위해 고집적의 열교환기를 개발하고 모듈화 또는 냉각수 순환시스템을 개발하여 냉각으로 인한 열에너지 손실을 감소시켜 유효일 부분을 확대하는 연구가 활발하게 진행되고 있는 실정이다.
한편, 일반적으로, 디젤 엔진에서 배기량 2000cc급의 엔진으로 최고 출력시 회전수를 6000rpm으로 하면 1 사이클은 0.02 초 만에 완료되고 혼합기의 유속은 30∼50㎧, 배기계에서는 80∼90㎧ 속도로 과급기의 터빈을 회전시켜 대기압 보다 높은 압력으로 공기를 압축시키게 된다. 압축된 과급공기를 챠지 에어쿨러로 냉각시켜 연소실에 충전하는 경우 과급공기의 밀도가 높아져 동일 체적 내로 더 많은 공기를 충전할 수 있어 연료분사량이 증대되며, 연소효율 및 엔진 출력을 향상시킬 수 있게된다.
한편, 냉각팬 구동으로 인해 외기를 각종 열교환기에 대해 강제 송풍하여 냉각시키는 공랭식 냉각시스템은, 단일 개의 냉각팬 전방에 방열기, 챠지 에어 쿨러(charge air cooler), 오일 쿨러, 콘덴서 등의 열교환기가 중첩되어 장착됨에 따라 각 열교환기에 요구되는 최적의 적정 온도로 냉각시키기 위해서는 더 많은 송풍량과 방열면적이 필요하게 되는 문제점과, 열교환기의 제한된 배열, 장착 및 체결의 어려움이 뒤따르고 이로 인한 차량의 공간활용에 제한을 받게 되며, 연결호스의 복잡성 및 이의 길이가 길어지는 문제점을 갖게된다.
또한, 챠지 에어 쿨러는 열낙차가 클수록 과급공기의 밀도가 증대되므로 엔진의 출력향상으로 인해 연료소비량을 줄이며, 오일 쿨러는 점도유지를 위해 가열과 동시에 냉각개념의 온도제어가 요구되는 반면에, 공랭식은 냉각팬에 의한 송풍시 중첩된 모든 열교환기의 냉각이 동시에 이루어져 열의 혼합이 발생되므로 각 열교환기의 특성을 고려한 온도 제어가 곤란한 문제점을 갖게된다.
또한, 고/저온 방열기는 휜 튜브 또는 평판들이 밀집된 배열을 가지는 콤팩트형 열교환기로서, 적어도 하나의 유체가 기체이고 작은 대류 열전달계수를 가지는 특성이 있는 경우에 주로 사용되며, 방열성능을 증대시키기 위해서는 많은 송풍량이 필요하여 기계적 에너지가 추가적으로 소비되어야 하고, 단위체적당 열전달표면적(방열면적을 말함)을 증대시키기 위해서는 휜 피치(fin pitch)를 조밀하게 하여 휜의 산수를 증대시킴으로써 생산원가비용이 상승되는 문제점을 갖게된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 가열된 냉각수를 고온수와 저온수로 분리 또는 부분적으로 혼합하여 순환시킴에 따라 각 열교환기의 특성에 따른 배열을 통해 대기 중으로 방열되는 열에너지를 하드웨어적으로 제어하여 과도한 냉각으로 인한 열에너지의 손실을 줄이며, 연료소비량을 낮출 수 있으며, 기계적인 효율을 높일 수 있도록 한 고/저온 수냉식 냉각시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 방열기를 엔진 냉각을 위한 고온 방열기와 챠지 에어 쿨러 및 오일 쿨러 냉각을 위한 저온 방열기로 분리하며, 격막을 이용하여 입출구부 탱크를 격리시켜 냉각수의 순환경로를 변경시킴에 따라, 대류열전달계수가 증가되어 방열면적이 증대되므로 기계적인 에너지의 추가 손실과 생산원가를 최소화할 수 있도록 한 고/저온 수냉식 냉각시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 고온 방열기에서 유출된 냉각수를 저온 방열기에 유입시켜 열낙차를 크게 하여 방열성능을 향상시킬 수 있도록 한 고/저온 수냉식 냉각시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 오일 쿨러 오일의 온도를 가열 및 냉각개념을 고려하여 최적의 적정상태로 유지함에 따라, 유압작동부 및 기어의 수명을 연장시키며, 유체마찰에 의한 동력손실과 계면에서의 유막 파괴에 의한 고체 접촉을 방지할 수 있도록 한 고/저온 수냉식 냉각시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 각 열교환기를 차량에 자유롭게 배치 및 장착하여 작업성이 향상되며, 제한된 좁은 공간을 유용하게 활용하며, 연결호스를 연결하는 배관라인의 단순화 및 연결호스의 길이를 단축할 수 있도록 한 고/저온 수냉식 냉각시스템을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 고/저온 수냉식 냉각시스템의 블럭도.
도 2는 본 발명에 다른 실시예에 따른 고/저온 수냉식 냉각시스템의 블럭도.
도 3은 본 발명에 따른 방열기의 제 1 변형 예시도.
도 4는 본 발명에 따른 방열기의 제 2 변형 예시도.
도 5는 본 발명에 따른 방열기의 제 3 변형 예시도.
도 6은 본 발명에 따른 방열기의 제 4 변형 예시도.
도 7은 본 발명에 따른 방열기의 제 5 변형 예시도.
도 8은 본 발명에 따른 방열기의 제 6 변형 예시도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1; 저온부 방열기2; 고온부 방열기
3; 챠지 에어 쿨러4; 오일 쿨러
5,8; 워터 펌프6; 엔진
7; 서모스탯(thermostat)
본 발명에 따른 고/저온 수냉식 냉각시스템은, 엔진에서 유입되는 냉각수를 외부공기와 열교환시켜 냉각하는 고온부 방열기와 상기 고온부 방열기에서 냉각되어 배출되는 냉각수의 일부를 워터 펌프로부터 유입하여 외부 공기와 재열교환시킨 다음 재배출하는 저온부 방열기가 일체화되어 이루어진 방열기와; 상기 저온부 방열기로부터 냉각수를 유입하여 엔진 연소실에 공급되는 과급공기와 열교환시켜 그 과급공기를 냉각하는 챠지 에어 쿨러와; 상기 챠지 에어 쿨러에서 배출되는 냉각수를 유입하여 그 냉각수를 오일순환회로를 따라 순환하는 오일과 열교환시키는 오일 쿨러와; 상기 고온부 방열기와 상기 오일 쿨러로부터 배출되는 냉각수를 펌핑하여 엔진의 워터 재킷으로 강제 송출하는 워터 펌프와; 그리고, 엔진에서 배출된 냉각수를 기준온도 이상일 경우에 상기 고온부 방열기로 유도하고 기준온도 이하인 경우에는 워터 펌프로 바이패스시키는 서모스탯을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 바람직한 특징에 따른 고/저온 수냉식 냉각시스템은, 엔진에서 유입되는 냉각수를 외부공기와 열교환시켜 냉각하는 고온부 방열기와, 상기 고온부 방열기와 별도의 냉각수 라인을 구성하여 오일 쿨러에서 배출되는 냉각수를 유입하여 외부 공기와 열교환시켜 냉각하는 저온부 방열기가 일체화되어 이루어진 방열기와; 상기 고온부 방열기에서 배출되는 냉각수를 엔진측으로 펌핑하여 강제순환시키는 제 1 워터 펌프와; 엔진에서 배출된 냉각수를 기준온도 이상일 경우에 상기 고온부 방열기로 유도하고 기준온도 이하인 경우 상기 제 1 워터 펌프로 바이패스시키는 서모스탯과; 상기 저온부 방열기에서 배출되는 냉각수를 유입하여 엔진 연소실에 공급되는 과급공기와 열교환시켜 그 과급공기를 냉각하는 챠지 에어 쿨러와; 상기 챠지 에어 쿨러에서 배출되는 냉각수를 유입하여 그 냉각수를 오일순환회로를 따라 순환하는 오일과 열교환시키는 오일 쿨러와; 그리고, 상기 오일 쿨러에서 배출되는 냉각수를 펌핑하여 상기 저온부 방열기측으로 강제 순환시키는 제 2 워터 펌프를 구비하여 이루어진다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 고/저온 수냉식 냉각시스템에 있어서, 상기 방열기는, 소정의 거리를 두고 나란히 배치되는 입구부 탱크와 출구부 탱크, 그리고, 상기 입구부 탱크와 상기 출구부 탱크를 연결하여 냉각수를 유동시키고 그 냉각수를 외부 공기와 열교환하여 냉각하는 방열코어로 이루어지되, 상기 입구부 탱크의 내부가 격벽에 의해 두 개의 공간으로 분할되어 그 각 공간에 엔진의 냉각수 배출측에 연결되는 유입구와 상기 챠지 에어 쿨러의 유입측에 연결되는 제 2 배출구가 설치되고 상기 출구부 탱크에 상기 유입구측에 편재되어 상기 워터 펌프에연결되는 제 1 배출구가 설치됨으로써, 상기 유입구를 통해 엔진에서 배출된 냉각수를 유입하여 방열코어를 거치면서 1 차 냉각한 다음 그 일부를 상기 출구부 탱크의 제 1 배출구를 통해 워터 펌프 측으로 배출하는 고온부 방열기와, 상기 1 차 냉각된 냉각수의 잔여분을 방열코어로 재유도하여 2 차 냉각한 다음 상기 제 2 배출구를 통해 상기 챠지 에어 쿨러로 배출하는 저온부 방열기를 구성한다.
또한, 상기 방열기는, 소정의 거리를 두고 나란히 배치되는 입구부 탱크와 출구부 탱크, 그리고, 상기 입구부 탱크와 상기 출구부 탱크를 연결하여 냉각수를 유동시키고 그 냉각수를 외부 공기와 열교환하여 냉각하는 방열코어로 이루어지되, 상기 입구부 탱크와 상기 출구부 탱크 그리고 상기 방열코어가 동일면을 기준으로 각각 좌우방향으로 분할되어, 상기 입구부 탱크와 상기 출구부 탱크 그리고 상기 방열코어의 각 일측으로써 상기 엔진에서 배출된 냉각수를 1 차 냉각하는 워터 펌프측으로 배출하는 고온부 방열기를 이루고, 상기 입구부 탱크와 상기 출구부 탱크 그리고 상기 방열코어의 각 타측으로써 상기 워터 펌프에서 배출된 냉각수를 2 차 냉각하여 챠지 에어 쿨러측으로 배출하는 저온부 방열기를 이룬다.
또한, 상기 방열기는, 소정의 거리를 두고 나란히 배치되는 입구부 탱크와 출구부 탱크, 그리고, 상기 입구부 탱크와 상기 출구부 탱크를 연결하여 냉각수를 유동시키고 그 냉각수를 외부 공기와 열교환하여 냉각하는 방열코어로 이루어지되, 상기 입구부 탱크와 상기 출구부 탱크 그리고 상기 방열코어가 동일면을 기준으로 각각 전후방향으로 배열되는 전,후반부로 분할되어, 상기 입구부 탱크와 상기 출구부 탱크 그리고 상기 방열코어의 각 후반부로써 상기 엔진에서 배출된 냉각수를 1차 냉각하는 워터 펌프측으로 배출하는 고온부 방열기를 이루고, 상기 입구부 탱크와 상기 출구부 탱크 그리고 상기 방열코어의 각 전반부로써 상기 워터 펌프에서 배출된 냉각수를 2 차 냉각하여 챠지 에어 쿨러측으로 배출하는 저온부 방열기를 이룬다.
또한, 상기 방열기는, 소정의 거리를 두고 나란히 배치되는 입구부 탱크와 출구부 탱크, 그리고, 상기 입구부 탱크와 상기 출구부 탱크를 연결하여 냉각수를 유동시키고 그 냉각수를 외부 공기와 열교환하여 냉각하는 방열코어로 이루어지되, 상기 입구부 탱크와 상기 출구부 탱크 그리고 상기 방열코어가 동일면을 기준으로 각각 전후방향으로 배열되는 전방부, 중간부, 후방부로 분할되어, 상기 입구부 탱크와 상기 출구부 탱크 그리고 상기 방열코어의 각 전방부로써 상기 엔진에서 배출된 냉각수를 1 차 냉각하는 워터 펌프측으로 배출하는 고온부 방열기를 이루고, 상기 입구부 탱크와 상기 출구부 탱크 그리고 상기 방열코어의 각 중간부와 후방부로써 상기 워터 펌프에서 배출된 냉각수를 2 차 냉각하여 챠지 에어 쿨러측으로 배출하는 저온부 방열기를 이룬다.
이하, 본 발명에 의한 고/저온 수냉식 냉각시스템의 구성과 작용을 첨부도면을 통해 구체적으로 설명한다.
이하의 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고/저온 수냉식 냉각시스템이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 고/저온 수냉식 냉각시스템은, 차량의 엔진(6)에서 발생한 열을 냉각시켜 과열방지 및 적온으로 유지시키는 고온 냉각수 순환경로와 챠지 에어 쿨러(3), 오일 쿨러(4)를 냉각시키는 저온 냉각수 순환경로로 분리하며, 저온부 방열기(1)와 고온부 방열기(2)를 개별적으로 각각 경유하는 냉각수를 하나의 워터 펌프(5)에 의해 혼합하여 강제순환시키는 통합형 냉각시스템으로서, 고온부 방열기(2)와 저온부 방열기(1)가 일체화되어 이루어진 방열기(1)(2), 상기 저온부 방열기(1)의 배출측에 연결되는 챠지 에어 쿨러(3), 상기 챠지 에어 쿨러(3)의 배출측에 연결되는 오일 쿨러(4), 상기 고온부 방열기(2)의 배출측과 상기 오일 쿨러(4)의 배출측에 동시에 연결되는 워터 펌프(5) 및 엔진의 냉각수 배출측에 연결되는 서모스탯(7)으로 이루어진다.
이와 같은 구성에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 고/저온 수냉식 냉각시스템은, 냉각수를 워터 펌프(5)의 송출작용으로 엔진(6)와 방열기(1)(2) 사이를 순환시키면서 냉각수로써 연소열을 흡수하여 엔진을 냉각시키는 바, 이 때 고온부 방열기(2)에서 1 차 냉각된 후 워터 펌프(5)에 의해 펌핑된 냉각수의 일부를 방열기(1)(2)의 저온부 방열기(1)가 유입하여 2 차 냉각한 다음 챠지 에어 쿨러(3)와 오일 쿨러(4)를 경유하는 순환경로를 따라 순환시킴으로써, 저온부 방열기(1)에서 재냉각된 냉각수를 연소실에 공급되는 과급공기와 오일 순환경로를 따라 순환하는 오일과 열교환시킨다.
이에, 챠지 에어 쿨러(3)는 엔진 연소실로 공급되는 과급공기를 상기 저온부 방열기(1)에 의해 재차 냉각된 냉각수와 열교환시킴으로써 과급공기의 온도를 대기온도에 근접하게 떨어뜨려 과급공기의 밀도를 높여 엔진(6)의 연소효율을 높임으로써 엔진의 출력을 향상시킨다.
그리고, 오일 쿨러(4)는 상기 챠지 에어 쿨러(3)에서 배출되는 냉각수를 오일과 열교환시켜 오일의 온도가 낮은 경우에는 냉각수의 열로 높여주고 과열된 경우에는 상대적으로 낮은 온도의 냉각수로써 떨어뜨림으로써 순환하는 오일의 온도을 일정하게 유지시킬 수 있다. 이에, 오일의 온도가 지능적으로 최적의 적정온도 상태로 유지되어 과냉으로 인한 오일 점도 상승에 따른 유체 마찰 손실을 최소화할 수 있고, 냉각부족으로 인해 발생하는 계면에서 유막 파괴에 의한 고체접촉을 방지할 수 있으며, 차량의 주행 형태에 관계없이 유압 작동부들과 기어의 수명을 연장시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고/저온 수냉식 냉각시스템이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 고/저온 수냉식 냉각시스템은, 차량의 엔진(6)에서 발생한 열을 냉각시켜 과열방지 및 적온으로 유지시키는 고온 냉각수 순환경로와 챠지 에어 쿨러(3), 오일 쿨러(4)를 냉각시키는 저온 냉각수 순환경로로 분리하며, 저온부 방열기(1)와 고온부 방열기(2)를 각각 경유하는 냉각수를 두 개의 워터 펌프 즉, 제 1, 2 워터 펌프(5)(8)에 의해 개별적으로 순환시키는 분리형 냉각시스템으로서, 고온부 방열기(2)와 저온부 방열기(1)가 일체화되어 이루어진 방열기(1)(2), 상기 고온부 방열기(2)의 배출측에 연결되는 제 1 워터 펌프(5), 엔진(6)의 배출측을 고온부 방열기(2)에 연결하는 냉각수 라인의 바이패스 라인 분기지점에 설치되는 서모스탯(7)으로 이루어지는 고온 냉각수 순환라인과, 상기 저온부 방열기(1)의 배출측에 연결되는 챠지 에어 쿨러(3), 상기 챠지 에어 쿨러(3)의 배출측에 연결되는 오일 쿨러(4), 상기 오일 쿨러(4)의 배출측에 연결되어 오일 쿨러(4)에서 배출되는 냉각수를 상기 저온부 방열기(1)로 강제 송출하는 제 2 워터 펌프(8)로 구성되어 있다.
이와 같은 구성에 따라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 고/저온 수냉식 냉각시스템은, 고온 냉각수 순환라인 즉 엔진(6)과 서모스탯(7) 그리고 고온부 방열기(2)로 이어지는 냉각수 순환라인을 따라 냉각수를 제 1 워터 펌프(5)의 송출작용으로 강제 순환시킴으로써 그 냉각수로써 연소열을 흡수하여 엔진을 냉각시키고, 아울러, 상기 고온 냉각수 순환라인과는 별도로 제 2 워터 펌프(8)의 송출작용에 의해 저온부 방열기(1), 챠지 에어 쿨러(3), 오일 쿨러(4)로 이어지는 저온 냉각수 순환라인에 따라 냉각수를 강제 순환시킨다.
이에 챠지 에어 쿨러(3)는 엔진 연소실로 공급되는 과급공기를 상기 저온부 방열기(1)에 의해 냉각된 저온 냉각수와 열교환시킴으로써 과급공기의 온도를 대기온도에 근접하게 떨어뜨려 과급공기의 밀도를 높여 엔진(6)의 연소효율을 높인다.
그리고, 오일 쿨러(4)는 상기 챠지 에어 쿨러(3)에서 배출되는 냉각수를 오일과 열교환시켜 오일의 온도가 낮은 경우에는 냉각수의 열로 높여주고 과열된 경우에는 상대적으로 낮은 온도의 냉각수로써 떨어뜨림으로써 오일순환회로를 따라 순환하는 오일의 온도을 일정하게 유지시킬 수 있다.
이상에서와 같이, 각 열교환기의 특성을 고려한 배치를 통해 대기중으로 방열되는 열에너지를 하드웨어적으로 제어할 수 있고 이에 과열로 인한 열에너지의손실을 최소화하여 연료소비량을 감소시킬 수 있으며, 기계적인 효율을 높일 수 있다.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 고/저온 수냉식 냉각시스템(통합형 고/저온 수냉식 냉각시스템)과 본 발명의 다른 실시예에 따른 고/저온 수냉식 냉각시스템(분리형 고/저온 수냉식 냉각시스템)에 적용될 수 있는 방열기들의 후방사시도이다. 이하의 설명에서 일측과 타측은 각 도면에서 볼 때 각각 좌측과 후측이사시도이다.
도 3의 방열기는 도 1의 통합형 고/저온 수냉식 냉각시스템에만 적용할 수 있는 방열기로서, 횡방향으로 거리를 두고 나란히 배치되는 입구부 탱크(100)와 출구부 탱크(120), 그리고, 상기 입구부 탱크(100)와 상기 출구부 탱크(120) 사이를 연결하여 냉각수를 유동시키고 그 냉각수를 외부 공기와 열교환하여 냉각하는 방열코어(110)로 구성된다.
상기 입구부 탱크(100)는 그 내부가 격벽(100c)에 의해 상하방향으로 배열되는 두 개의 공간(10)(15)으로 분할되며, 그 상부측(10)에는 엔진의 냉각수 배출측의 서모스탯(도 1의 부호 7)에 연결되는 유입구(100a)가 설치되고, 하부측에는 챠지 에어 쿨러(도 1의 부호 3)의 유입측에 연결되는 제 2 배출구(100b)가 설치된다. 그리고, 상기 출구부 탱크(120)에는 입구부 탱크(10)의 유입구(100a)측으로 편재되게 배치되고 워터 펌프(도 1의 부호 5)에 연결되는 제 1 배출구(120a)가 설치된다. 이와 같은 구성들로 이루어짐에 따라 입구부 탱크(100), 방열코어(110) 및 출구부 탱크(120)의 각 상반부들(10)(11)(12)로써 고온 방열기를 구성하고, 각하반부들(13)(14)(15)로는 저온 방열기를 구성한다.
이에, 입구부 탱크(100)측 유입구(100a)를 통해 엔진에서 배출된 냉각수를 유입하여 방열코어(110)의 상반부(11)를 거치면서 1 차 냉각한 다음 그 일부를 상기 출구부 탱크(120)의 제 1 배출구(120a)를 통해 워터 펌프(도 1의 부호 5)측으로 배출하고(고온부 방열기), 1 차 냉각된 냉각수의 잔여분을 출구부 탱크(120), 방열코어(110) 및 입구부 탱크(100)의 각 하반부(13)(14)(15)를 경유하게 하면서 2 차 냉각한 다음 상기 제 2 배출구(100b)를 통해 상기 챠지 에어 쿨러(도 1의 부호 3) 측으로 배출한다.
도 4의 방열기는 통합형과 분리형 고/저온 수냉식 냉각시스템 양자 모두에 적용할 수 있는 방열기로서, 이 방열기는 고온부 방열기와 저온부 방열기를 횡방향으로 배열하여 형성한다.
즉, 이 방열기는, 소정의 거리를 두고 상하에서 나란히 배치되는 입구부 탱크(200)와 출구부 탱크(220), 그리고, 상기 입구부 탱크(200)와 상기 출구부 탱크(220)를 연결하는 방열코어(210)로 이루어지는 바, 이들은 각각 중앙의 격벽(230)에 의해 그 내부가 좌우 두 공간으로 분할된다. 상기 입구부 탱크(200)의 일측부(20)에는 엔진 배출측의 서모스탯(도 1, 2의 부호 7)의 배출측이 연결되는 제 1 유입구(200a)가 설치되고, 출구부 탱크(220)의 일측부(22)에는 워터 펌프(도 1, 2의 부호 5)의 유입측에 연결되고 상기 제 1 유입구(200a)와 어긋나게 배치되는 제 1 배출구(220a)가 설치된다. 그리고 출구부 탱크(220)의 타측부(23)는 다시 격벽(220d)에 의해 분할되어 그 일측에 워터 펌프(도 1의 부호 5 또는 도 2의 부호8)의 배출측이 연결되는 제 2 유입구(220b)가 설치되고, 다른 쪽에는 챠지 에어 쿨러(도 1, 2의 부호 3)의 유입측에 연결되는 제 2 배출구(220c)가 설치된다.
이러한 구성에 따라, 엔진의 냉각수를 입구부 탱크(200)의 제 1 유입구(200a)를 통해 유입하여 방열코어(210)의 일측(21)을 거쳐 출구부 탱크(220)의 제 1 배출구(220a)를 통해 워터 펌프(5)측으로 배출하면서 엔진에서 가열된 냉각수를 외부 공기와 열교환하여 냉각하고(고온부 방열기), 출구부 탱크(200)의 제 2 유입구(220b)를 통해 워터 펌프(도 1의 부호 5) 또는 제 2 워터펌프(도 2의 부호 8)로부터 냉각수를 유입하여 방열코어의 타측(24)을 거치는 동안 냉각한 다음 제 2 배출구(220c)를 통해 챠지 에어 쿨러(도 1, 2의 부호 3)측으로 배출한다.
도 5의 방열기 역시 통합형과 분리형 고/저온 수냉식 냉각시스템 양자 모두에 적용할 수 있는 방열기로서, 이 방열기는 고온부 방열기와 저온부 방열기를 횡방향으로 배열하여 형성한다.
즉, 이 방열기는, 소정의 거리를 두고 상하에서 나란히 배치되는 입구부 탱크(300)와 출구부 탱크(320), 그리고, 상기 입구부 탱크(300)와 상기 출구부 탱크(320)를 연결하는 방열코어(310)로 이루어지는 바, 이들의 내부는 각각 중앙의 격벽(330)에 의해 좌우로 분리된다. 상기 입구부 탱크(300)의 일측부(30)에는 엔진 배출측의 서모스탯(도 1, 2의 부호 7)의 배출측이 연결되는 제 1 유입구(300a)가 설치되고, 출구부 탱크(320)의 일측부(32)에는 워터 펌프(도 1, 2의 부호 5)의 유입측에 연결되고 상기 제 1 유입구(300a)와 어긋나게 배치되는 제 1 배출구(320a)가 설치된다. 그리고 출구부 탱크(320)의 타측부가 다시 격벽(340)에 의해 전후방향으로 분리되어 방열코어(310)의 타측 후반부(34)와 입구부 탱크(300)의 타측부 전,후반부(34)(35)와 방열코어(310)의 타측 전반부(37) 그리고 출구부 탱크(320) 타측의 후반부(38)의 순으로 이어지는 유로를 형성하고, 출구부 탱크(320) 타측의 전,후반부 측면에 챠지 에어 쿨러(도 1, 2의 부호 3)의 유입측에 연결되는 제 2 배출구(320c)와 워터 펌프(도 1의 부호 5 또는 도 2의 부호 8)의 배출측이 연결되는 제 2 유입구(320b)가 각각 설치된다.
이러한 구성에 따라, 엔진의 냉각수를 입구부 탱크(300)의 일측(30)의 제 1 유입구(300a)를 통해 유입하여 방열코어(310)의 일측(31)을 거쳐 출구부 탱크(320)의 제 1 배출구(320a)를 통해 워터 펌프(5)측으로 배출하면서 엔진에서 가열된 냉각수를 외부 공기와 열교환하여 냉각하고(고온부 방열기), 출구부 탱크(320)의 제 2 유입구(320b)를 통해 워터 펌프(도 1의 부호 5) 또는 제 2 워터펌프(도 2의 부호 8)로부터 냉각수를 출구부 탱크(320)의 후반부(33)으로 유입하여 방열코어(310) 타측의 후반부(34)를 거쳐 입구부 탱크(300) 타측 후반부(35)와 전반부(36) 그리고 방열코어(300)의 타측 전반부(37)와 출구부 탱크의 타측 전반부(38)의 순서로 경유하게 하면서 냉각시킨 다음(저온부 방열기), 제 2 배출구(320c)를 통하여 챠지 에어 쿨러(도 1, 2의 부호 3)측으로 배출한다.
도 6의 방열기도 통합형과 분리형 고/저온 수냉식 냉각시스템 양자 모두에 적용할 수 있는 방열기로서, 이 방열기에서는 고온부 방열기와 저온부 방열기가 전후 방향으로 배열된다.
즉, 도시된 바와 같이, 이 방열기는, 소정의 거리를 두고 상하에서 나란히배치되는 입구부 탱크(400)와 출구부 탱크(420), 그리고, 상기 입구부 탱크(400)와 상기 출구부 탱크(420)를 연결하는 방열코어(410)로 이루어지는 바, 이들의 내부는 각각 중앙의 격벽(430)에 의해 전,후반부로 분리된다. 상기 입구부 탱크(400)의 후반부(40) 일측에는 엔진 배출측의 서모스탯(도 1, 2의 부호 7) 배출측이 연결되는 제 1 유입구(400a)가 설치되고, 출구부 탱크(420)의 후반부(42) 타측에는 워터 펌프(도 1, 2의 부호 5)의 유입측에 연결되고 상기 제 1 유입구(400a)와 어긋나게 배치되는 제 1 배출구(420a)가 설치된다. 그리고 입구부 탱크(400)의 전반부(43)는 격벽(400c)에 의해 좌우로 분리되고, 그 일측면에 챠지 에어 쿨러(도 1, 2의 부호 3)의 유입측에 연결되는 제 2 배출구(400d)가 설치되며 타측면에 워터 펌프(도 1의 부호 5 또는 도 2의 부호 8)의 배출측이 연결되는 제 2 유입구(400b)가 설치된다.
이러한 구성에 따라, 엔진의 냉각수를 제 1 입구(400a)를 통해 유입하여 방열코어(410)의 후반부(41)을 거쳐 출구부 탱크(420)의 후반부(42)의 제 1 배출구(420a)를 통해 워터 펌프(5)측으로 배출하면서 엔진에서 가열된 냉각수를 외부 공기와 열교환하여 냉각하고(고온부 방열기), 입구부 탱크(400)의 제 2 유입구(400b)를 통해 워터 펌프(도 1의 부호 5) 또는 제 2 워터펌프(도 2의 부호 8)로부터 냉각수를 유입하여 방열코어(410)의 타측(44)과 출구부 탱크(420)의 전반부(45) 그리고 방열코어(410)의 일측(46)의 순서로 경유하게 한 다음 제 2 배출구(400d)를 통하여 챠지 에어 쿨러(도 1, 2의 부호 3)측으로 배출한다
도 7의 방열기도 통합형과 분리형 시스템 양자에 모두 적용할 수 있는 방열기로서, 이 방열기는 그 입구부 탱크(500)와 출구부 탱크(520) 그리고방열코어(510)들이 각각 전후방향으로 배열되는 전방부, 중간부 및 후방부의 세 개의 공간으로 분리되어 그 분리된 공간으로써 전후 방향으로 배열된 저온부 방열기와 고온부 방열기를 형성한다. 즉, 입구부 탱크(500)의 후방부(50) 일측에 설치된 제 1 유입구(500a)를 통해 엔진의 냉각수를 서모스탯(도 1,2의 부호 7)으로부터 유입하여 방열코어(510)의 후방부(51)을 거쳐 출구부 탱크(520)의 후방부(52)의 제 1 배출구(520a)를 통해 워터 펌프(5)측으로 배출하면서 엔진에서 가열된 냉각수를 외부 공기와 열교환하여 냉각하고(고온부 방열기), 입구부 탱크(500) 중간부(53)의 타측면에 설치된 제 2 유입구(500b)를 통해 워터 펌프(도 1의 부호 5) 또는 제 2 워터펌프(도 2의 부호 8)로부터 냉각수를 유입한 다음 그 냉각수를 방열코어(510)의 중간부(54), 출구부 탱크(520)의 중간부(55), 출구부 탱크(520)의 전방부(56), 방열코어(510)의 전방부(57), 그리고 입구부 탱크(500)의 전방부(58)을 거치게 한 다음 입구부 탱크(500) 전방부(58)의 타측면에 설치된 제 2 배출구(500c)를 통하여 챠지 에어 쿨러(도 1, 2의 부호 3)측으로 배출함으로써, 냉각수를 상기 방열코어(550)의 중간부(54)와 전방부(57)을 흐르는 동안에 외부 공기와 열교환하여 냉각한다.
도 8의 방열기도 통합형과 분리형 시스템 양자에 모두 적용할 수 있는 방열기로서, 이 방열기 역시 도 7의 방열기와 마찬가지로 입구부 탱크(600)와 출구부 탱크(620) 그리고 방열코어(610)들이 각각 전후방향으로 배열되는 전방부, 중간부 및 후방부의 세 개의 공간으로 분리되어 그 분리된 공간으로써 전후 방향으로 배열된 저온부 방열기와 고온부 방열기를 형성한다. 이 방열기는 입구부 탱크(600)의후방부(60) 일측에 설치된 제 1 유입구(600a)를 통해 엔진의 냉각수를 서모스탯(도 1,2의 부호 7)으로부터 유입하여 방열코어(610)의 후방부(61)을 거쳐 출구부 탱크(620)의 후방부(62)의 제 1 배출구(620a)를 통해 워터 펌프(도 1,2의 부호 5)측으로 배출하면서 엔진에서 가열된 냉각수를 외부 공기와 열교환하여 냉각하고(고온부 방열기), 출구부 탱크(620) 중간부(63)의 타측면에 설치된 제 2 유입구(620b)를 통해 워터 펌프(도 1의 부호 5) 또는 제 2 워터펌프(도 2의 부호 8)로부터 냉각수를 유입한 다음 그 냉각수를 출구부 탱크(620)의 중간부(63), 방열코어(610) 중간부(64)의 타측부, 입구부 탱크(600)의 중간부(65), 방열코어(610) 중간부(64)의 일측부, 출구부 탱크(620) 중간부(63)의 일측부, 출구부 탱크(620) 전방부(68)의 일측부, 방열코어(610) 전방부(66)의 일측부, 입구부 탱크(600)의 전방부(67), 방열코어(610) 전방부(66)의 타측부, 그리고 출구부 탱크(620)의 전방부(68)의 일측면에 설치된 제 2 배출구(620c)를 통하여 챠지 에어 쿨러(도 1, 2의 부호 3)측으로 배출함으로써, 냉각수를 상기 방열코어(610)의 중간부(64)와 전방부(66)을 흐르는 동안에 외부 공기와 열교환하여 냉각한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 고/저온 수냉식 냉각시스템에 사용되는 방열기들은 격판을 이용하여 입구부 탱크와 출구부 탱크의 내부 공간을 격리시켜 냉각수의 순환경로를 인위적으로 변경함으로써 냉각수 유동에 난류와 직교운동성분을 유발하여 대류열전달계수를 증가시키며, 단위체적당 열전달표면적을 크게 하여 방열성능을 증가시킬 수 있다.
상기 각 방열기들에 대한 방열시험을 동일한 시험기에서 동일한 조건으로 테스트한 결과 도 8의 방열기의 저온부 방열기 성능이 가장 우수한 것으로 나타났다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같은 고/저온 수냉식 냉각 시스템에 따르면, 첫째, 각 열교환기를 차량에 자유롭게 배치 및 장착할 수 있고 또 냉각수 배관라인이 단순해지고, 연결환의 길이를 줄이 수 있으며 자동차 냉각 시스템의 조립성을 크게 향상할 수 있으며, 공간 효율성을 향상시킬 수 있다. 둘째, 가열된 냉각수를 고온수와 저온수로 분리 또는 부분적으로 혼합하여 순환시킬 수 있고 각 방열기의 특성에 따른 배열을 통해 방열되는 열에너지를 제어할 수 있으므로 과열로 인한 열에너지의 손실을 줄이며, 연료소비량을 줄일 수 있고 기계적인 효율을 높일 수 있다. 셋째, 방열기를 엔진 냉각을 위한 고온 방열기와 챠지 에어 쿨러 및 오일 쿨러 냉각을 위한 저온 방열기로 분리하며, 격막을 이용하여 입출구부탱크를 격리시켜 냉각수의 순환경로를 변화시킴에 따라, 방열면적이 증대되므로 기계적인 에너지의 추가손실을 최소화할 수 있다. 넷째 , 오일쿨러 오일의 온도를 가열 및 냉각개념을 고려하여 최적의 적정상태로 유지함에 따라 유압작동부의 수명을 연장시키며, 유체마찰에 의한 동력손실과 계면에서의 유막파괴에 의한 고체 접촉을 방지할 수 있다.

Claims (7)

  1. 엔진에서 유입되는 냉각수를 외부공기와 열교환시켜 냉각하는 고온부 방열기와 상기 고온부 방열기에서 냉각되어 배출되는 냉각수의 일부를 워터 펌프로부터 유입하여 외부 공기와 재열교환시킨 다음 재배출하는 저온부 방열기가 일체화되어 이루어진 방열기와;
    상기 저온부 방열기로부터 냉각수를 유입하여 엔진 연소실에 공급되는 과급공기와 열교환시켜 그 과급공기를 냉각하는 챠지 에어 쿨러와;
    상기 챠지 에어 쿨러에서 배출되는 냉각수를 유입하여 그 냉각수를 오일순환회로를 따라 순환하는 오일과 열교환시키는 오일 쿨러와;
    상기 고온부 방열기와 상기 오일 쿨러로부터 배출되는 냉각수를 펌핑하여 엔진의 워터 재킷으로 강제 송출하는 워터 펌프와; 그리고,
    엔진에서 배출된 냉각수를 기준온도 이상일 경우에 상기 고온부 방열기로 유도하고 기준온도 이하인 경우에는 상기 워터 펌프로 바이패스시키는 서모스탯;
    을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고/저온 수냉식 냉각시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열기는,
    소정의 거리를 두고 나란히 배치되는 입구부 탱크와 출구부 탱크, 그리고, 상기 입구부 탱크와 상기 출구부 탱크를 연결하여 냉각수를 유동시키고 그 냉각수를 외부 공기와 열교환하여 냉각하는 방열코어로 이루어지되, 상기 입구부 탱크의 내부가 격벽에 의해 두 개의 공간으로 분할되어 그 각 공간에 엔진의 냉각수 배출측에 연결되는 유입구와 상기 챠지 에어 쿨러의 유입측에 연결되는 제 2 배출구가 설치되고 상기 출구부 탱크에 상기 유입구측에 편재되어 상기 워터 펌프에 연결되는 제 1 배출구가 설치됨으로써, 상기 유입구를 통해 엔진에서 배출된 냉각수를 유입하여 방열코어를 거치면서 1 차 냉각한 다음 그 일부를 상기 출구부 탱크의 제 1 배출구를 통해 워터 펌프 측으로 배출하는 고온부 방열기와, 상기 1 차 냉각된 냉각수의 잔여분을 방열코어로 재유도하여 2 차 냉각한 다음 상기 제 2 배출구를 통해 상기 챠지 에어 쿨러로 배출하는 저온부 방열기를 형성하는 것을 특징으로 하는 고/저온 수냉식 냉각시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열기는,
    소정의 거리를 두고 나란히 배치되는 입구부 탱크와 출구부 탱크, 그리고, 상기 입구부 탱크와 상기 출구부 탱크를 연결하여 냉각수를 유동시키고 그 냉각수를 외부 공기와 열교환하여 냉각하는 방열코어로 이루어지되, 상기 입구부 탱크와 상기 출구부 탱크 그리고 상기 방열코어가 동일면을 기준으로 각각 좌우방향으로 분할되어, 상기 입구부 탱크와 상기 출구부 탱크 그리고 상기 방열코어의 각 일측으로써 상기 엔진에서 배출된 냉각수를 1 차 냉각하는 워터 펌프측으로 배출하는 고온부 방열기를 이루고, 상기 입구부 탱크와 상기 출구부 탱크 그리고 상기 방열코어의 각 타측으로써 상기 워터 펌프에서 배출된 냉각수를 2 차 냉각하여 챠지 에어 쿨러측으로 배출하는 저온부 방열기를 이루는 것을 특징으로 하는 고/저온 수냉식 냉각시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열기는,
    소정의 거리를 두고 나란히 배치되는 입구부 탱크와 출구부 탱크, 그리고, 상기 입구부 탱크와 상기 출구부 탱크를 연결하여 냉각수를 유동시키고 그 냉각수를 외부 공기와 열교환하여 냉각하는 방열코어로 이루어지되, 상기 입구부 탱크와 상기 출구부 탱크 그리고 상기 방열코어가 동일면을 기준으로 각각 전후방향으로 배열되는 전,후반부로 분할되어, 상기 입구부 탱크와 상기 출구부 탱크 그리고 상기 방열코어의 각 후반부로써 상기 엔진에서 배출된 냉각수를 1 차 냉각하는 워터 펌프측으로 배출하는 고온부 방열기를 이루고, 상기 입구부 탱크와 상기 출구부 탱크 그리고 상기 방열코어의 각 전반부로써 상기 워터 펌프에서 배출된 냉각수를 2 차 냉각하여 챠지 에어 쿨러측으로 배출하는 저온부 방열기를 이루는 것을 특징으로 하는 고/저온 수냉식 냉각시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열기는,
    소정의 거리를 두고 나란히 배치되는 입구부 탱크와 출구부 탱크, 그리고,상기 입구부 탱크와 상기 출구부 탱크를 연결하여 냉각수를 유동시키고 그 냉각수를 외부 공기와 열교환하여 냉각하는 방열코어로 이루어지되, 상기 입구부 탱크와 상기 출구부 탱크 그리고 상기 방열코어가 동일면을 기준으로 각각 전후방향으로 배열되는 전방부, 중간부, 후방부로 분할되어, 상기 입구부 탱크와 상기 출구부 탱크 그리고 상기 방열코어의 각 전방부로써 상기 엔진에서 배출된 냉각수를 1 차 냉각하는 워터 펌프측으로 배출하는 고온부 방열기를 이루고, 상기 입구부 탱크와 상기 출구부 탱크 그리고 상기 방열코어의 각 중간부와 후방부로써 상기 워터 펌프에서 배출된 냉각수를 2 차 냉각하여 챠지 에어 쿨러측으로 배출하는 저온부 방열기를 이루는 것을 특징으로 하는 고/저온 수냉식 냉각시스템.
  6. 엔진에서 유입되는 냉각수를 외부공기와 열교환시켜 냉각하는 고온부 방열기와, 상기 고온부 방열기와 별도의 냉각수 라인을 구성하여 오일 쿨러에서 배출되는 냉각수를 유입하여 외부 공기와 열교환시켜 냉각하는 저온부 방열기가 일체화되어 이루어진 방열기와;
    상기 고온부 방열기에서 배출되는 냉각수를 엔진측으로 펌핑하여 강제순환시키는 제 1 워터 펌프와;
    엔진에서 배출된 냉각수를 기준온도 이상일 경우에 상기 고온부 방열기로 유도하고 기준온도 이하인 경우 상기 제 1 워터 펌프로 바이패스시키는 서모스탯과;
    상기 저온부 방열기에서 배출되는 냉각수를 유입하여 엔진 연소실에 공급되는 과급공기와 열교환시켜 그 과급공기를 냉각하는 챠지 에어 쿨러와;
    상기 챠지 에어 쿨러에서 배출되는 냉각수를 유입하여 그 냉각수를 오일순환회로를 따라 순환하는 오일과 열교환시키는 오일 쿨러와; 그리고,
    상기 오일 쿨러에서 배출되는 냉각수를 펌핑하여 상기 저온부 방열기측으로 강제 순환시키는 제 2 워터 펌프
    를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고/저온 수냉식 냉각시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 방열기는,
    소정의 거리를 두고 나란히 배치되는 입구부 탱크와 출구부 탱크, 그리고, 상기 입구부 탱크와 상기 출구부 탱크를 연결하여 냉각수를 유동시키고 그 냉각수를 외부 공기와 열교환하여 냉각하는 방열코어로 이루어지되, 상기 입구부 탱크와 상기 출구부 탱크 그리고 상기 방열코어가 동일면을 기준으로 각각 전후방향으로 배열되는 전방부, 중간부, 후방부로 분할되어, 상기 입구부 탱크와 상기 출구부 탱크 그리고 상기 방열코어의 각 전방부로써 상기 엔진에서 배출된 냉각수를 1 차 냉각하는 제 1 워터 펌프측으로 배출하는 고온부 방열기를 이루고, 상기 입구부 탱크와 상기 출구부 탱크 그리고 상기 방열코어의 각 중간부와 후방부로써 상기 제 2 워터 펌프에서 배출된 냉각수를 냉각하여 챠지 에어 쿨러측으로 배출하는 저온부 방열기를 이루는 것을 특징으로 하는 고/저온 수냉식 냉각시스템.
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