KR20100037083A - 냉매 기화열을 이용한 오일팬의 엔진오일 냉각시스템 - Google Patents

냉매 기화열을 이용한 오일팬의 엔진오일 냉각시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 엔진의 각 부위에서 윤활작용을 하고 온도가 높은 기기들로부터 흡수한 열에 의해 온도가 올라가 있는 엔진 오일을 냉각시킴에 있어서 기존의 수냉각방식과 다르게 물, 부동액 첨가 물, 프레온냉매, 자연냉매, 액화가스 등의 냉매 기화열인 잠열을 이용하는 방법을 도입하여 엔진오일을 냉각시키는 냉매 기화열을 이용한 오일팬의 엔진오일 냉각시스템에 관한 것이다.
엔진오일을 냉각하는 방식은 오일팬의 오일을 냉각하는 방식과 오일펌프에 의해 이송되는 오일을 오일쿨러에서 냉각하는 2가지 방식으로 대별할 수 있다. 오일팬의 오일을 냉각하는 방식이 가장 기초적인 방식이지만 엔진의 성능이 좋아지면서 최근에는 오일펌프에 의해 이송되는 오일을 오일쿨러에서 냉각하는 방식이 더 선호되는 측면이 있다. 그러나 오일펌프에 의해 이송되는 오일을 오일쿨러에서 냉각하면 냉각성능은 좋아지지만 오일을 계속 순환시켜야 하는 부담이 있고 이로 인해 에너지를 추가로 사용하는 것이 단점이다.
본 발명에서는 냉매의 자연순환이 가능하면서 냉각성능이 우수한 냉매 기화열을 이용한 오일팬의 엔진오일을 냉각하는 방식을 제시한다. 폐열에 의해 냉매가 자연순환을 함으로써 냉각에 에너지 사용을 최소화하고 오일펌프의 고장에 따른 오일 냉각시스템의 운전 정지와 같은 일이 발생하지 않도록 하여 자동차 운전에 오일냉각이 지장을 주지 않도록 하여 신뢰도를 획기적으로 증대시켰다.

Description

냉매 기화열을 이용한 오일팬의 엔진오일 냉각시스템{The cooling system for engine oil of vehicle in oil pan using evaporating heat of refrigerant}
엔진오일 냉각분야
기존의 오일팬(11)의 오일 냉각시스템은 오일팬(11)에 물재킷을 형성시키거나 오일팬(11) 내부에 물배관을 설치한 다음 이들을 엔진 냉각용 라디에이터에 연결하여 물을 순환시키면서 냉각하는 방식을 취하고 있다. 따라서 오일냉각이 엔진을 식히는 물에 의해 냉각됨으로써 오일만의 특성에 맞도록 냉각시키지 못하는 단점이 있다. 등록번호 10-0230012[자동차의 오일냉각장치]는 연료이송관을 이용하여 오일과 열교환시키는 방법을 제시하고 있으며, 등록번호 10-0239325[자동차의 엔진오일냉각을 겸하는 냉각장치]는 오일팬에 물재킷을 형성시키고 엔진 냉각수를 이것에 연결하여 엔진과 오일을 동시에 식히는 방법을 제시하고 있다. 등록번호 특0167445[자동차 엔진 오일 팬의 냉각장치]는 오일팬 내부에 물배관을 하여 엔진 냉각수를 이것에 연결하여 엔진과 오일을 동시에 식히는 방법을 제시하고 있다. 모두가 수냉각방식을 택하고 있을 뿐이며 냉매기화열을 이용하는 방식은 존재하지 않는다.
본 발명에서는 오일팬의 오일을 냉각함에 있어서 냉매 기화열을 이용하도록 하고 냉매의 자연순환을 유도하여 냉매순환에 추가적 설비나 에너지를 사용하지 않도록 한다. 오일팬의 오일에서 열을 흡수하는 방법으로 오일팬에 냉매재킷을 형성하서나 오일팬 내부에 열교환코일을 설치하는 방법을 택한다. 오일팬의 오일 냉각을 엔진냉각시스템과 분리하여 진행되도록 한다.
오일팬(11)의 오일로부터 열을 흡수할 수 있는 흡열장치를 설치하고 흡열장치 상부에 흡열장치와 배관으로 연결되어 폐회로를 형성하도록 응축기(22)를 설치하며, 흡열장치 내부에 오일로부터 흡수한 열로 비등할 수 있는 냉매를 넣어 이 냉매의 기화열로 오일팬의 오일을 냉각시킴.
엔진오일을 냉각하는 방식은 오일팬의 오일을 냉각하는 방식과 오일펌프에 의해 이송되는 오일을 오일쿨러에서 냉각하는 2가지 방식으로 대별할 수 있다. 오일펌프에 의해 이송되는 오일을 오일쿨러에서 냉각하면 냉각성능은 좋아지지만 오일을 계속 순환시켜야 하는 부담이 있고 이로 인해 에너지를 추가로 사용하는 것이 단점이다.
본 발명에서는 오일팬(11) 내부의 가열된 오일에 의해 비등할 수 있는 냉매의 기화열을 이용하여 자연순환이 가능하면서 냉각성능이 우수한 냉매 기화열을 이용한 오일팬의 엔진오일을 냉각하는 방식을 제시하였는 바, 폐열에 의해 냉매가 자연순환을 함으로써 냉각에 에너지 사용을 최소화하고 오일의 이동거리를 최단으로 하여 배관의 이상에 따른 오일의 외부 유출을 사전에 차단하였으며 오일펌프의 고장에 따른 오일 냉각시스템의 운전 정지와 같은 일이 발생하지 않도록 하여 자동차 운전에 오일냉각이 지장을 주지 않도록 하여 신뢰도를 획기적으로 증대시켰다.
도 1은 기존의 오일팬 설명도이다.
도 2는 본 발명의 흡열장치로 외부냉매재킷이 설치된 사례 설명도이다.
도 3은 본 발명의 흡열장치로 내부냉매재킷이 설치된 사례 설명도이다.
도 4는 본 발명의 흡열장치로 열교환코일이 설치된 사례 설명도이다.
도 5는 열교환코일에 핀이 설치된 사례 설명도이다.
도 6은 응축기에 냉각팬이 설치된 사례 설명도이다.
본 발명은 자동차 엔진의 오일팬 냉각시스템에 있어서 자동차 엔진의 오일팬으로 부터 열을 흡수하는 흡열장치, 기체배관(23), 응축기(22), 액체배관(24), 다시 흡열장치로 연결되는 폐회로 냉매순환회로를 기본으로 하는 냉매 기화열을 이용한 오일팬의 엔진오일 냉각시스템에 관한 것이다. 흡열장치의 구조에 따라 도2내지 도4와 같은 다양한 사례를 보여줄 수 있다.
도 1은 기존의 오일팬 설명도이다. 엔진의 실린더 하부에 오일팬(11)이 설치된다. 오일팬(11) 상부에는 자동차가 운행중 오일의 유동을 막기 위하여 배플(12)이 설치되며 배플(12) 아래의 오일팬(11) 공간은 오일이 채워지는 오일공간(13)이다.
도 2는 본 발명의 흡열장치로 외부냉매재킷이 설치된 사례 설명도이다. 자동차 엔진 오일팬(11) 내부 오일의 열을 흡수하기 위하여 오일팬(11)과 접하면서 냉매수용공간 및 순환되는 냉매통로를 가지는 흡열장치를 설치한다. 본 그림에서는 오일팬(11) 외부에 설치한 외부냉매재킷(21)이 흡열장치이다. 흡열장치 보다 상부에 냉매 순환통로를 가지는 응축기(22)를 설치하고, 흡열장치 상부 인출배관과 응축기(22) 상부 인출배관을 기체배관(23)으로 상호 관통되도록 연결하고 흡열장치 하부 인출배관과 응축기(22) 하부 인출배관을 액체배관(24)으로 상호 관통되도록 연결한다. 기체배관(23) 상부 관로 일측에 내부 공기를 배출하기 위하여 밸브가 달린 기체유출구(26)를 설치하며 액체배관(24) 하부 관로 일측에 냉각시스템 내부의 액체 냉매를 유출시킬 수 있도록 밸브가 달린 액체유출구(25)를 설치한다. 냉각성능을 조절하는 역할을 하도록 기체배관(23) 관로상에 냉각조절밸브(27)를 설치한다. 그리고 흡열장치, 기체배관(23), 응축기(22), 액체배관(24) 다시 흡열장치로 형성되는 냉각시스템 냉매순환회로 내부 중 응축기(22)를 제외한 공간에 흡열장치가 오일팬의 오일로부터 받는 폐열에 의해 끓을 수 있는 냉매(미도시)를 채우고 냉매를 가열하여 기체유출구(26)를 통하여 공기를 배출시킴으로써 응축기(22)는 진공이 되도록 한다. 냉매는 물, 부동액 첨가 물, 프레온냉매, 자연냉매, 액화가스 중의 하나를 사용하는 것도 본 발명의 범위에 포함된다. 작동원리는 다음과 같다. 엔진이 가동하여 오일이 가열되고 가열된 오일이 오일팬(11)에 모여 흡열장치인 외부냉매재킷(21)에 폐열을 제공하면 외부냉매재킷(21) 내부에 채워진 냉매는 가열된다. 냉매가 끓는점에 도달하면 냉매는 기화하면서 외부냉매재킷(21)으로부터 기화열을 흡수하므로 냉각을 시키게 된다. 외부냉매재킷(21) 내부에서 기화된 기체냉매는 기체배관(23)을 통하여 응축기(22)에 유입되어 열을 버리고 액화되고 액체로 변한 냉매는 중력에 의해 액체배관(24)을 통해 다시 외부냉매재킷(21)하부로 유입되면서 냉각의 한 주기를 마친다. 설명한 바와 같이 오일팬의 오일의 폐열과 중력에 의하여 냉매의 순환이 이루어지므로 자연순환방식이며 냉각성능도 매우 우수하다. 또한 냉매의 끓는점에 도달하기 전까지는 냉매가 순환하지 않으므로 온도조절용 제어장치가 필요가 없어서 구조가 간단하다. 냉매의 순환속도가 오일의 열의 과다에 의해 결정되므로 매우 효율적인 냉각시스템이다.
도 3은 본 발명의 흡열장치로 내부냉매재킷이 설치된 사례 설명도이다. 도2에서 흡열장치인 냉매재킷이 오일팬(11) 내부에 형성된 내부냉매재킷(31)인 것만 다르고 나머지는 도2에서 설명한 바와 동일하다.
도 4는 본 발명의 흡열장치로 열교환코일이 설치된 사례 설명도이다. 도2에서 흡열장치로 설치된 외부냉매재킷(21) 대신 오일팬(11) 내부에 상부헤더(42)와 하부헤더(43) 사이에 다수의 열교환관(44)이 설치된 열교환코일(41)인 것만 다르고 나머지는 도2에서 설명한 바와 동일하다.
도2내지 도4에서 사례로 보여주었듯이 흡열장치가 오일팬(11) 외부에 설치한 외부냉매재킷(21) 또는 오일팬(11) 내부에 형성된 내부냉매재킷(31) 또는 오일팬(11) 내부에 상부헤더(42)와 하부헤더(43) 사이에 다수의 열교환관(44)이 설치된 열교환코일(41) 중의 하나인 것도 본 발명의 범위에 포함된다.
도 5는 열교환코일에 핀이 설치된 사례 설명도이다. 도4에서 흡열장치인 열교환코일(41)에 설치된 다수의 열교환관(44)에 다수의 핀(51)이 설치된 것만 다르고 나머지는 도4에서 설명한 바와 동일하다.
도 6은 응축기에 냉각팬이 설치된 사례 설명도이다. 응축기(22)에 냉각팬(61)을 설치하여 냉각성능을 높인다.
11 : 오일팬 12 : 배플
13 : 오일공간 21 : 외부냉매재킷
22 : 응축기 23 : 기체배관
24 : 액체배관 25 : 액체유출구
26 : 기체유출구 27 : 냉각조절밸브
31 : 내부냉매재킷 41 : 열교환코일
42 : 상부헤더 43 : 하부헤더
44 : 열교환관 51 : 핀
61 : 냉각팬

Claims (5)

  1. 자동차 엔진 오일팬(11) 내부 오일의 열을 흡수하기 위하여 오일팬(11)과 접하면서 설치되는 냉매수용공간 및 순환되는 냉매통로를 가지는 흡열장치와; 흡열장치 보다 상부에 냉매 순환통로를 가지도록 설치되는 응축기(22)와; 흡열장치 상부 인출배관과 응축기(22) 상부 인출배관을 상호 관통되도록 연결하는 기체배관(23)과; 흡열장치 하부 인출배관과 응축기(22) 하부 인출배관을 상호 관통되도록 연결하는 액체배관(24)과; 기체배관(23) 상부 관로 일측에 내부 공기를 배출하기 위하여 설치되는 밸브가 달린 기체유출구(26)와; 액체배관(24) 하부 관로 일측에 냉각시스템 내부의 액체 냉매를 유출시킬 수 있도록 설치되는 밸브가 달린 액체유출구(25)와; 냉각성능을 조절하는 역할을 하도록 기체배관(23) 관로상에 설치되는 냉각조절밸브(27)와; 흡열장치, 기체배관(23), 응축기(22), 액체배관(24) 다시 흡열장치로 형성되는 냉각시스템 냉매순환회로 내부 중 응축기(22)를 제외한 공간에 흡열장치가 오일팬의 오일로부터 받는 폐열에 의해 끓을 수 있는 냉매(미도시)로 구성되는 것을 특징으로 하는 냉매 기화열을 이용한 오일팬의 엔진오일 냉각시스템.
  2. 제1항에 있어서, 냉매(미도시)가 물, 부동액 첨가 물, 프레온냉매, 자연냉매, 액화가스 중의 하나인 것을 특징으로 하는 냉매 기화열을 이용한 오일팬의 엔진오일 냉각시스템.
  3. 제1항에 있어서, 흡열장치가 오일팬(11) 외부에 설치한 외부냉매재킷(21) 또는 오일팬(11) 내부에 형성된 내부냉매재킷(31) 또는 오일팬(11) 내부에 상부헤더(42)와 하부헤더(43) 사이에 다수의 열교환관(44)이 설치된 열교환코일(41) 중의 하나인 것을 특징으로 하는 냉매 기화열을 이용한 오일팬의 엔진오일 냉각시스템.
  4. 제3항에 있어서, 흡열장치인 열교환코일(41)에 설치된 다수의 열교환관(44)에 다수의 핀(51)이 설치된 것을 특징으로 하는 냉매 기화열을 이용한 오일팬의 엔진오일 냉각시스템.
  5. 제1항에 있어서, 응축기(22)에 냉각팬(61)을 설치하는 것을 특징으로 하는 냉매 기화열을 이용한 오일팬의 엔진오일 냉각시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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