KR20060016507A - 오일쿨러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉매와 다른 물성치를 갖는 오일을 열교환매체로 하는 오일쿨러의 튜브에 대한 적정 설계치를 설정하여 방열량 증대 및 압력강하량 저감등을 기대할 수 있고, 오일의 유로 저항을 감소시켜 오일의 냉각 성능을 향상시키고, 부품수의 감소 및 구조를 간단하게 하여 제조성과 생산성을 향상시켜 제조 원가를 절감시키며, 중량 감소를 도모할 수 있도록 하며, 아울러 튜브를 압출 방식으로 제작하기 때문에 설계 사양이 변경하여 오일쿨러의 높이나 폭 사이즈가 변경되더라도 튜브 압출 과정후 설정된 길이 만큼 절단하기만 하면 되기 때문에 오일쿨러의 폭을 아주 용이하게 변경 제작할 수 있고, 이러한 압출 방식에 의해 제작된 튜브를 적층하기만 하면 되기 때문에 종래에서처럼 별도의 금형을 새로 설계하여 제작하지 않아도 되는 오일쿨러의 제작 비용을 대폭 절감시킬 수 있는 오일쿨러를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 오일쿨러는, 본체의 폭방향으로 육각단면 형상을 갖는 다수개의 유로를 구비하여 다수개가 나란히 배열되어 오일을 유동시키는 튜브와; 상기 튜브들 사이에 배치되는 방열핀과; 상기 튜브들의 양단에 연통 가능하게 설치되어 일정한 간격을 두고 나란히 배열 설치됨과 아울러 상기 오일이 이동하는 한쌍의 헤더탱크와; 상기 헤더탱크에 각각 형성되어 상기 오일이 유입/배출되는 오일 유입파이프 및 오일 배출파이프를 포함하는 것을 특징으로 한다.

오일 입구 파이프, 오일 배출파이프, 헤더탱크, 튜브, 유로, 방열핀

Description

오일쿨러{Oil cooler}

도 1은 종래 기술에 의한 오일쿨러의 일부 분해 사시도.

도 2는 본 발명에 의한 오일쿨러의 외관 사시도.

도 3은 본 발명의 오일쿨러의 구성중 튜브의 외관을 도시한 사시도.

도 4는 본 발명의 오일쿨러의 일측면에서 바라본 튜브의 단면 상태와 이 튜브와 방열핀의 적층 상태도.

도 5는 본 발명의 튜브의 폭(A)에 따른 방열량의 변화를 나타낸 그래프.

도 6은 본 발명의 튜브의 폭(A)에 따른 오일의 압력 강하량을 나타낸 그래프.

도 7은 본 발명의 튜브 높이(B)에 따른 방열량의 변화를 나타낸 그래프.

도 8은 본 발명의 튜브 높이(B)에 따른 오일의 압력 강하량의 변화를 나타낸 그래프.

도 9는 본 발명의 수력 직경의 비율에 따른 압력 강하량의 변화를 나타낸 그래프.

도 10은 본 발명의 방열핀의 높이에 따른 방열량의 변화를 나타낸 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

200 : 헤더탱크

210,220 : 오일 유입파이프/오일 배출파이프

300 : 튜브

320 : 유로

350 : 본체

400 : 방열핀

본 발명은 오일쿨러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉매와 다른 물성치를 갖는 오일을 열교환매체로 하는 오일쿨러의 튜브에 대한 적정 설계치를 설정하여 방열량 증대 및 압력강하량 저감등을 기대할 수 있고, 오일의 유로 저항을 감소시켜 오일의 냉각 성능을 향상시키고, 부품수의 감소 및 구조를 간단하게 하여 제조성과 생산성을 향상시켜 제조 원가를 절감시키며, 중량 감소를 도모할 수 있도록 하며, 아울러 튜브를 압출 방식으로 제작하기 때문에 설계 사양이 변경하여 오일쿨러의 높이나 폭 사이즈가 변경되더라도 튜브 압출 과정후 설정된 길이 만큼 절단하기만 하면 되기 때문에 오일쿨러의 폭을 아주 용이하게 변경 제작할 수 있고, 이러한 압출 방식에 의해 제작된 튜브를 적층하기만 하면 되기 때문에 종래에서처럼 별도의 금형을 새로 설계하여 제작하지 않아도 되는 오일쿨러의 제작 비용을 대폭 절감시킬 수 있으며, 유로의 단면 형상을 육각단면 형상으로 형성하여 동일 사이즈를 갖는 튜브에서 단면적과 표면적을 가장 넓힐 수 있는 구조를 갖함으로써 단면적 증 가로 인한 압력 손실을 최소화함과 아울러 열효율의 최대화 및 유입 공기의 유입 영역을 최대화하여 공기측 열전달 효과를 최대화시킬 수 있도록 한 오일쿨러에 관한 것이다.

일반적으로 차량에는 기관의 회전력을 운동에너지로 전환하고 이 에너지를 다시 동력으로 전환하여 전달하는 동력 전달매체인 미션 오일을 냉각하기 위한 오일쿨러가 냉각된다.

이 변속기용 오일쿨러는 그 냉각방식에 따라 내장형 및 외장형으로 나뉜다.

상기 내장형 오일쿨러의 경우에는 대부분 엔진 냉각수 냉각용 라디에이터의 하부 탱크에 내장되어 변속기 오일이 유동하도록 변속기와 연결됨으로써, 라디에이터 내부를 유동하는 과정에서 라디에이터의 외부에 장착된 냉각팬의 방열작용에 의하여 냉각된 냉각수에 의해 변속기 오일을 냉각하는 수냉식 구조를 가지며, 주로 내부 삽입형 핀앤 파이프 타입으로 이루어진다.

한편, 외장형 오일쿨러의 경우에는 라디에이터 외부의 엔진룸중 적당한 공간에 장착되어 냉각팬에 의하여 송풍되는 공기(차량 주행에 따라 자연적으로 엔진룸으로 유입되는 공기 포함)에 의하여 변속기 오일을 냉각하는 공랭식 구조를 가지고 있다.

전술한 바와 같이 두가지 타입의 오일쿨러중 외장형 오일쿨러의 종래 기술의 일례로 대한민국 특허공개공보 제2002-002885호가 있다.

상기 종래 기술을 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도시된 바와 같이, 오일쿨러(10)는, 상,하 플레이트(11)(12)가 상호 접합되 어 내부에 유로를 갖는 튜브 플레이트(13)가 다수개 적층되어 이루어져 있다.

상기 튜브 플레이트(13)의 유로내에는 흐르는 유체에 대한 저항체 역할을 하는 이너핀(14)이 내장되어 있다.

상기 튜브 플레이트(13)들 사이에는 공기가 통과하는 방열핀(15)이 개재되어 있다.

상기와 같이 구성된 오일쿨러에서 변속기 오일의 유동 과정을 설명하면 다음과 같다.

변속기 오일은 입구포트(16)로 유입된 후, 상,하 플레이트(11)(12)의 단부에 서로 대칭되게 형성되어 하나의 탱크부를 형성하는 상,하 탱크부(11a)(12a)내로 이동한 다음, 튜브 플레이트(13)의 유로내를 흐르면서 이너핀(14)을 통과하는 과정에서 상기 방열핀(15)을 통과하는 공기와 열교환을 거친후 냉각되어 출구포트(미도시)를 통해 다시 변속기내로 복귀한다.

그런데, 상기와 같이 구성된 종래 기술의 오일쿨러는 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 변속기 오일이 튜브 플레이트(13)내에 형서된 유로내를 이동하면서 이너핀(14)을 지나가야 하기 때문에 오일 유동 저항이 증대됨에 따라 오일의 온도가 일정치 이하로 내려가지 못하여 변속기 오일의 냉각 성능을 저하시키는 문제점이 있었다.

둘째, 종래 기술의 오일쿨러는 상,하 플레이트(11)(12)와 이너핀(14)과 방열핀(15)등의 부품수가 많기 때문에 중량이 많이 나갈뿐만 아니라, 부품수의 증가로 제조성 및 생산성이 저하되어 제조 원가가 상승되는 문제점도 있었다.

셋째, 종래 기술은 설계 사양에 따라 오일쿨러의 높이나 폭 사이즈를 변경시킬 경우에 튜브 플레이트(13)를 구성하는 상,하 플레이트(11)(12)를 제작하기 위한 금형을 새로 설계, 제작하여야 하는 불편한 점이 있으며, 이로 인해 금형을 새로 제작하는 데 많은 비용이 소요되는 문제점도 있었다.

오일쿨러의 경우 열교환매체로서 오일을 사용하게 되는데, 이러한 오일은 대개 일반 냉매와는 달리 다른 물성치를 갖는다.

즉, 오일은 높은 점성을 가지므로 실차 성능의 주요 인자인 방열량 및 유로 저항등에 영향을 주게 된다.

따라서, 오일의 압력강하량(유로저항)을 최소화하고 방열량을 증대시키는 튜브를 설계하여야 하는데, 종래의 경우 이를 시행착오법을 통해 설계함으로써 비용 및 시간이 증가하는 문제점도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 냉매와 다른 물성치를 갖는 오일을 열교환매체로 하는 오일쿨러의 튜브에 대한 적정 설계치를 설정하여 방열량 증대 및 압력강하량 저감등을 기대할 수 있고, 오일의 유로 저항을 감소시켜 오일의 냉각 성능을 향상시키고, 부품수의 감소 및 구조를 간단하게 하여 제조성과 생산성을 향상시켜 제조 원가를 절감시키며, 중량 감소를 도모할 수 있도록 하며, 아울러 튜브를 압출 방식으로 제작하기 때문에 설계 사양이 변경하여 오일쿨러의 높이나 폭 사이즈가 변경되더라도 튜브 압출 과정후 설정된 길이 만큼 절단하기만 하면 되기 때문에 오일쿨러의 폭을 아주 용이하게 변경 제작할 수 있고, 이러한 압출 방식에 의해 제작된 튜브를 적층하기만 하면 되기 때문에 종래에서처럼 별도의 금형을 새로 설계하여 제작하지 않아도 되는 오일쿨러의 제작 비용을 대폭 절감시킬 수 있는 오일쿨러를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 오일쿨러는, 본체의 폭방향으로 육각단면 형상을 갖는 다수개의 유로를 구비하여 다수개가 나란히 배열되어 오일을 유동시키는 튜브와; 상기 튜브들 사이에 배치되는 방열핀과; 상기 튜브들의 양단에 연통 가능하게 설치되어 일정한 간격을 두고 나란히 배열 설치됨과 아울러 상기 오일이 이동하는 한쌍의 헤더탱크와; 상기 헤더탱크에 각각 형성되어 상기 오일이 유입/배출되는 오일 유입파이프 및 오일 배출파이프를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 오일쿨러의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 의한 오일쿨러의 외관 사시도이고, 도 3은 본 발명의 오일쿨러의 구성중 튜브의 외관을 도시한 사시도이며, 도 4는 본 발명의 오일쿨러의 일측면에서 바라본 튜브의 단면 상태와 이 튜브와 방열핀의 적층 상태도이며, 도 5는 본 발명의 튜브의 폭(A)에 따른 방열량의 변화를 나타낸 그래프이며, 도 6은 본 발명의 튜브의 폭(A)에 따른 오일의 압력 강하량을 나타낸 그래프이며, 도 7은 본 발명의 튜브 높이(B)에 따른 방열량의 변화를 나타낸 그래프이며, 도 8은 본 발명의 튜브 높이(B)에 따른 오일의 압력 강하량의 변화를 나타낸 그래프이며, 도 9는 본 발명의 수력 직경의 비율에 따른 압력 강하량의 변화를 나타낸 그래프이며, 도 10은 본 발명의 방열핀의 높이에 따른 방열량의 변화를 나타낸 그래프이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 오일쿨러는 도 2에 도시된 바와 같이, 오일이 통과하도록 내부에 유로가 형성된 한쌍의 헤더탱크(200)와, 상기 오일을 이동시키는 다수의 튜브(300) 및 이 튜브(300) 사이에 각각 개재되는 다수의 방열핀(400)을 포함하여 이루어진다.

그리고, 상기 헤더탱크(200) 각각에는 상기 오일이 유입/배출되는 오일 유입파이프(210) 및 오일 배출파이프(220)가 설치되어 있다.

미성명 부호 230은 상하측 지지대이고, 부호 240은 오일쿨러를 엔진룸내에 설치하는 브라켓트이다.

상기 튜브(300)는 도 3에 도시된 바와 같이, 길이 방향(X축), 높이 방향(Y축), 폭항향(Z축)으로 각각 일정한 길이를 갖는 편평한 형상의 본체(350)로 이루어진다.

상기 본체(350)의 길이 방향을 따라 상기 본체(350)의 내부를 관통하는 유로(340)가 형성된다.

상기 유로(340)는 폭방향으로 육각단면 형상을 갖는 형성된다.

상기와 같이, 유로(340)를 육각단면 형상으로 형성하게 되면, 동일 사이즈를 갖는 튜브(300)에서 단면적과 표면적을 가장 넓힐 수 있는 구조를 갖게 되며, 이로 인해 단면적 증가로 인한 압력 손실을 최소화함과 아울러 열효율의 최대화, 유입 공기의 유입 영역을 최대화하여 공기측 열전달 효과를 최대화시킬 수 있게 된다.

상기 유로(340)들 각각의 사이에도 오일이 통과하는 보조유로(341)가 형성된다.

여기서, 상기 유로(340)의 형상은 정육각형 형상으로 형성하는 것이 가장 바람직하다.

상기와 같은 구성은 갖는 오일쿨러에 있어서, 상기 본체(350)의 폭(A)을 16mm보다 같거나 크고 56mm보다 같거나 작은 다음식 16mm≤A≤56mm를 만족하도록 설계하는 것이 바람직하다.

상기와 같이, 본 발명의 튜브(300)의 폭(A)을 설계함에 따라 도 5에 도시된 그래프와 같이 16mm~56mm의 구간에서 방열량(Q)이 점점더 증가하는 것을 알 수 있고, 도 6에 도시된 바와 같이, 16mm~56mm의 구간에서 오일의 압력 강하량(dP)이 점점더 감소하는 것을 알 수 있다.

여기서, 상기 16mm미만으로 튜브의 폭을 설정하였을때에는 방열량이 58%이로 급격히 떨어됨과 아울러 오일 압력 강하량은 62% 이상으로 비효율적임을 알 수 있었다.

또한, 상기 56mm 이상으로 튜브의 폭을 설정하였을때에는 방열량 증가율이 거의 없었으며, 오일 압력 강하량의 변화도 거의 없었음을 알 수 있었다.

그리고, 본 발명은 상기 본체(350)의 높이(B)를 1.8mm보다 같거나 크고 4mm보다 같거나 작은 다음식 1.8mm≤B≤4mm를 만족하도록 설계하는 것이 바람직하다.

상기와 같이, 본 발명의 튜브(300)의 높이(B)를 설계함에 따라 도 7에 도시 된 바와 같이 1.8mm~4mm의 구간에서 방열량(Q)이 점점 더 증가하는 것을 알 수 있고, 도 8에 도시된 바와 같이, 1.8mm~4mm의 구간에서 오일의 압력 강하량(dP)이 점점 더 감소하는 것을 알 수 있다.

여기서, 상기 1.8mm 미만으로 튜브의 높이를 설정하였을 경우에는 방열량이 57%이하로 급격히 떨어짐과 아울러 오일 압력 강하량은 72% 이상으로 비효율적임을 알 수 있었다.

그리고, 상기 4mm 이상으로 튜브의 높이를 설정하였을 경우에는 방열량의 증가율이 거의 없었으며, 오일 압력 강하량의 변화도 거의 없었음을 알 수 있었다.

그리고, 상기 방열핀(400)의 높이(D)를 5mm보다 같거나 크고 10mm보다 같거나 작은 다음식 5mm≤D≤10mm을 만족하도록 설계하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 본 발명의 방열핀(400)의 높이(D)를 설계함에 따라 도 10에 도시된 바와 같이 5mm~10mm의 구간에서 방열량(Q)이 점점 더 증가하는 것을 알 수 있다.

여기서, 5mm이하 및 10mm 이상으로 방열핀의 높이를 설정한 경우에는 방열량이 현저히 떨어짐을 알 수 있었다.

한편, 본 발명은 상기와 같은 실시예 이외에도 상기 유로(340)(341)의 수력 직경(Dh)을 0.8mm보다 같거나 크고 2.2mm보다 같거나 작게 한 다음식, 0.8mm≤Dh≤2.2mm을 만족하도록 설계하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 본 발명의 수력직경의 비율이 도 9에 도시된 바와 같이, 0.8mm~2.2mm의 구간에서 방열량(Q)이 증가하는 것을 알 수 있고, 압력 강하량(Dh) 이 감소하는 것을 알 수 있다.

여기서, 0.8mm 미만으로 수력직경을 설정한 경우에는 유로저항이 현저히 올라가 효율이 떨어짐과 아울러 2.2mm 이상으로 수력직경을 설정한 경우에는 방열량이 큰 폭으로 떨어져 효율이 저하됨을 알 수 있었다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명은 상기와 같은 식들을 만족하게 되면, 종래와 같이 오일의 유로 저항을 크게 하지 않고 적적한 범위내에서 오일의 유로 저항을 형성시켜 줄 뿐만 아니라 튜브의 제조 공정중의 압출 공정 진행시 압출 속도가 증가하더라도 튜브의 외측면에 핀홀(pin hole)이 생성되는 것을 근본적으로 방지할 수 있다.

그리고, 수력직경을 전술한 범위와 같이 설정함으로써, 방열핀(400)을 통과하는 외부 공기와의 열교환이 잘되도록 하는 등 방열 성능을 향상시킬 수 있어 오일의 냉각 효과를 기대할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 오일쿨러에서 오일이 유동되는 과정을 도 2을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 오일 유입파이프(210)오 유입된 오일은 도면성의 좌측에 위치한 헤더탱크(200)내로 유입된 후, 각각의 튜브(300)에 형성된 유로(340)(341)를 따라 이동한 다음, 반대편에 위치한 헤더탱크(200)로 모인다.

이후, 상기 헤더탱크(200;도면상의 우측에 위치)로 모인 오일은 오일 출구파이프(220)를 통해 변속기로 복귀되는 것이다.

여기서, 상기 오일은 튜브(300)의 유로(340)(341)를 통과하면서 유속이 감속 되면서도 방열핀(400)을 통과하는 공기와 열교환되어 최초 유입 온도보다 소정치 냉각되는 것이다.

한편, 본 발명에 의한 튜브는 오일쿨러 뿐만 아니라 콘덴서, 인터쿨러 파이프형 파워스티어링 쿨러등에도 적용할 수 있음은 물론이다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명은, 냉매와 다른 물성치를 갖는 오일을 열교환매체로 하는 오일쿨러의 튜브에 대한 적정 설계치를 설정하여 방열량 증대 및 압력강하량 저감등을 기대할 수 있고, 오일의 유로 저항을 감소시켜 오일의 냉각 성능을 향상시키고, 부품수의 감소 및 구조를 간단하게 하여 제조성과 생산성을 향상시켜 제조 원가를 절감시키며, 중량 감소를 도모할 수 있도록 하며, 아울러 튜브를 압출 방식으로 제작하기 때문에 설계 사양이 변경하여 오일쿨러의 높이나 폭 사이즈가 변경되더라도 튜브 압출 과정후 설정된 길이 만큼 절단하기만 하면 되기 때문에 오일쿨러의 폭을 아주 용이하게 변경 제작할 수 있고, 이러한 압출 방식에 의해 제작된 튜브를 적층하기만 하면 되기 때문에 종래에서처럼 별도의 금형을 새로 설계하여 제작하지 않아도 되는 오일쿨러의 제작 비용을 대폭 절감시킬 수 있게 된다.

그리고, 유로의 단면 형상을 육각단면 형상으로 형성함으로써, 동일 사이즈를 갖는 튜브에서 단면적과 표면적을 가장 넓힐 수 있는 구조를 갖게 되며, 이로 인해 단면적 증가로 인한 압력 손실을 최소화함과 아울러 열효율의 최대화, 유입 공기의 유입 영역을 최대화하여 공기측 열전달 효과를 최대화시킬 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 본체(350)의 폭방향으로 육각단면 형상을 갖는 다수개의 유로(320)를 구비하여 다수개가 나란히 배열되어 오일을 유동시키는 튜브(300)와;

   상기 튜브(300)들 사이에 배치되는 방열핀(400)과;

   상기 튜브(300)들의 양단에 연통 가능하게 설치되어 일정한 간격을 두고 나란히 배열 설치됨과 아울러 상기 오일이 이동하는 한쌍의 헤더탱크(200)와;

   상기 헤더탱크(200)에 각각 형성되어 상기 오일이 유입/배출되는 오일 유입파이프(210) 및 오일 배출파이프(220)를 포함하는 것을 특징으로 하는 오일쿨러.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 본체(350)의 폭(A)이 16mm보다 같거나 크고 56mm보다 같거나 작은 다음식 16mm≤A≤56mm를 만족하고,

   상기 본체(350)의 높이(B)는 1.8mm보다 같거나 크고 4mm보다 같거나 작은 다음식 1.8mm≤B≤4mm를 만족하며,

   상기 방열핀(400)의 높이(D)는 5mm보다 같거나 크고 10mm보다 같거나 작은 다음식 5mm≤D≤10mm을 만족하는 것을 특징으로 하는 오일쿨러.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 유로(320)의 수력 직경(Dh)은 0.8mm보다 같거나 크고 2.2mm보다 같거나 작게 한 다음식, 0.8mm≤Dh≤2.2mm을 만족하는 것을 특징으로 하는 오일쿨러.

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