KR20100101864A - 수냉식 오일쿨러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수냉식 오일쿨러에 관한 것이다.

본 발명의 오일쿨러는, 오일과 냉각수가 각각 유동되는 오일유동공간과 냉각수유동공간이 형성되도록 적층되어 있되 오일유입구로 유입된 오일이 상기 오일유동공간을 경유하여 오일유출구로 유출되며, 측면이 개방된 냉각수유동공간이 되도록 적층되어 있는 다수 개의 플레이트; 및 다수 개의 플레이트가 삽입되어 적층되어 있고 플레이트 적층에 의해 형성된 냉각수유동공간 앞에 냉각수분산공간을 형성하고 있는 플레이트적층공간을 가지며, 상기 냉각수분산공간과 연결된 냉각수유입구와 냉각수유출구를 갖는 케이스;를 포함하여 구성된다.

본 발명의 오일쿨러는, 라디에이터 내부의 공간에 제약을 받지 않으면서도 공냉식 보다 열교환 효율이 우수하며, 부피가 작아 설치공간의 제약을 적게 받고, 냉각수 유입부와 유출부의 위치에 따른 제약을 적게 받으며, 냉각효율이 우수하다.

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Description

수냉식 오일쿨러{THE WATER COOL TYPE OIL COOLER}

본 발명은 오일쿨러(Oil Cooler)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉각수를 통해 엔진오일을 냉각시키는 수냉식 오일쿨러에 관한 것이다.

자동변속 차량에는 토크 컨버터나 동력전달 계통의 엔진오일을 냉각시키는 오일쿨러가 구비되어 있다.

오일쿨러 내부를 흐르는 엔진오일은 라디에이터와의 열교환에 의해 냉각되는 데 내장형 오일쿨러는 라디에이터 내부에 위치됨으로써 라디에이터를 경유하는 냉각수에 의해 냉각되는 수냉식이고, 외장형 오일쿨러는 라디에이터의 외부에 인접되게 위치되어 라디에이터 주변의 공기에 의해 냉각되는 공냉식이다.

수냉식은 공냉식에 비하여 열교환 속도가 빠르기 때문에 냉각 효율이 우수한 특징이 있다.

내장형 오일쿨러는 도 1과 같이 이중관 형태로 되어 있는 이중관형 오일쿨러와, 도 2와 같이 유로가 형성된 튜브(1)와 핀(2)이 적층된 형태의 적층형 오일쿨러 로 구분된다.

도 3은 라디에이터 내에 이중관형 오일쿨러가 설치된 것을 도시한 것으로서, 입구(3)로 유입된 오일은 출구로 유출되는 과정에서 라디에이터(4) 내부의 냉각수와 열교환되어 냉각되며, 오일이 입구(3)로 유입되어 출구로 유출되는 과정에서 오일쿨러 내부에 구비된 핀(통상적으로 "이너핀(inner fin)"이라 함)을 경유함에 따라 오일이 분산되면서 고르게 냉각되는 효과가 발생된다.

(오일쿨러에 구비되어 오일이 분산되면서 흐르도록 하는 이너핀은 고른 냉각을 유도하는 장점이 있지만 오일의 유동성을 저하시키는 단점이 있다.)

적층형 오일쿨러는 도 2와 같이 한 쌍의 헤더탱크(5), 헤더탱크(5)에 연결되는 입구파이프(6) 및 출구파이프(7), 헤더탱크(5)에 고정되어 유로를 형성하는 튜브(1), 각각의 튜브(1) 사이에 위치되는 핀(2)을 가지는 형태가 대부분이며, 라디에이터 내에 설치되어 오일을 냉각시키는 원리 및 형태는 도 3과 유사하다.

그런데 상기와 같은 이중관형 오일쿨러 및 적층형 오일쿨러를 라디에이터 내부에 위치시키기 위해서는 여러 가지 조건이 부합해야 하는 등 많은 제약이 따르는 문제점이 있다.

즉, 라디에이터 내에 오일쿨러 내장을 위한 충분한 공간이 확보되어야 할 뿐만 아니라 오일쿨러에 오일이 유입되거나 유출되도록 하기 위한 유입부 및 유출부의 위치 형성에 문제가 없는 구조이어야 하는 것이다.

이러한 이유로 라디에이터 내부에 위치시킬 때 작업성이 좋은 것은 이중관형 오일쿨러이다.

그러나 이중관형 오일쿨러는 적층형 오일쿨러에 비하여 열교환 효율이 낮다는 단점이 있다.

이것은 적층형 오일쿨러의 경우 튜브와 핀이 적층된 구조로서 오일의 분산효과가 이중관형 오일쿨러에 비하여 더 우수하고 오일이 더 원활하게 유동되기 때문이다.

한편, 라디에이터 내에 오일쿨러를 위치시키기 위해서는 설치공간의 조건에 맞추어 오일쿨러의 크기를 결정해야 하기 때문에 오일쿨러의 용량이 제한적일 수밖에 없고, 이로 인하여 열교환 효율을 높이는데 한계가 있다는 단점도 발생되고 있는 실정이었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하려는 것으로서, 더욱 상세하게는 라디에이터 내에 위치시키지 않고서도 냉각수와 오일이 열교환되며, 오일의 냉각 효율이 우수하고, 공간의 제약 등을 적게 받아 작업성이 우수한 수냉식 오일쿨러를 제공하려는데 목적이 있다.

본 발명에서는 오일쿨러를 라디에이터의 외부에 위치시키되 라디에이터 등에 연결되어 오일쿨러 내부로 냉각수와 오일이 흘러 열교환됨으로써 오일이 냉각되도록 하여 라디에이터 내부의 공간에 제약을 받지 않도록 한다.

또, 부피가 작으면서도 열교환 효율이 우수하고 오일의 유입부와 유출부 등의 형성에 제약이 적도록 오일쿨러를 구현함에 있어 다수 개의 플레이트가 적층됨으로써 오일유동공간과 냉각수유동공간이 형성된 형태로 구현하고, 냉각수는 냉각수유동공간의 측면에서 전체적으로 유입되도록 하며, 냉각수유동공간 앞에 냉각수분산공간이 형성되도록 한다.

이를 통하여 오일의 냉각 효율이 우수하고, 공간의 제약 등을 적게 받아 작업성이 우수하도록 한다.

이러한 본 발명의 수냉식 오일쿨러는, 오일과 냉각수가 각각 유동되는 오일유동공간과 냉각수유동공간이 형성되도록 적층되어 있되 오일유입구로 유입된 오일 이 상기 오일유동공간을 경유하여 오일유출구로 유출되며, 측면이 개방된 냉각수유동공간이 되도록 적층되어 있는 다수 개의 플레이트를 갖는다.

또, 다수 개의 플레이트가 삽입되어 적층되어 있고 플레이트 적층에 의해 형성된 냉각수유동공간 앞에 냉각수분산공간을 형성하고 있는 플레이트적층공간을 가지며, 상기 냉각수분산공간과 연결된 냉각수유입구와 냉각수유출구가 형성된 케이스를 갖는다.

본 발명의 오일쿨러는, 라디에이터의 외부에 위치되는데 라디에이터 등에 연결되어 오일쿨러 내부로 냉각수와 오일이 흘러 수냉식으로 열교환되는 것이어서 라디에이터 내부의 공간에 제약을 받지 않으면서도 공냉식 보다 열교환 효율이 우수하다.

또, 다수 개의 플레이트가 적층됨으로써 오일유동공간과 냉각수유동공간이 형성된 형태로 되어 있고, 냉각수는 냉각수유동공간의 측면에서 전체적으로 유입되며, 냉각수유동공간 앞에 냉각수분산공간이 형성되어 있어 설치공간의 제약을 적게 받고, 냉각수유입부와 냉각수유출부 위치에 따른 제약을 적게 받으며, 통상의 플레이트 적층식 열교환 구조보다 열교환효율(냉각효율)이 우수하다.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설 명한다.

그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 냉각효율이 우수하면서도 설치가 용이한 오일쿨러를 제공하려는 목적을 갖는다.

공기를 냉매로 사용하는 공냉식 오일쿨러는 수냉식에 비하여 냉각효율이 낮을 뿐 아니라 냉각효율을 높이는데 한계가 있다.

따라서 우수한 냉각효율을 얻기 위해서는 공냉식이 아닌 수냉식을 채택할 필요성이 있다.

그런데 종래의 수냉식 오일쿨러는 모두 라디에이터의 내부에 위치되는 것이어서 크기와 형태 및 오일의 유입, 유출부 위치에 제약이 따르므로 설치조건이 까다로울 뿐만 아니라 크기의 제한으로 인해 냉각효율을 높이는데 한계가 있었다.

본 출원의 발명자는 상기와 같은 문제점의 해소를 위하여, 라디에이터의 외부에 설치되면서도 수냉식으로 열교환되어 냉각효율이 우수한 구조를 안출하였다.

즉, 라디에이터의 외부에 위치되면서 라디에이터 등에 연결되어 도 4 및 도 6과 같이 어느 한쪽으로는 냉각수가 유입 및 유출되고 다른 한쪽으로는 오일이 유입 및 유출되면서 열교환을 통해 오일이 냉각되는 구조를 안출한 것이다.

이러한 구조는 라디에이터의 내부에 위치되는 것이 아니기 때문에 라디에이터 내부 공간의 크기 및 형태에 영향을 받지않을 뿐만 아니라 오일의 유입 및 유출 부의 위치에도 영향을 받지 않는다.

따라서 설치조건이 까다롭지 않으므로 설치가 용이하다.

또, 라디에이터 내부 공간의 크기에는 전혀 영향을 받지 않기 때문에 라디에이터 내부 공간의 크기에 맞추어 작게 제작함에 따라 발생되던 냉각효율 저하의 문제도 해소할 수 있다.

그런데 오일쿨러를 이중관 형태로 구현한다면 냉각효율을 높이는데 한계가 있다.

이러한 이유로 본 발명의 오일쿨러는 플레이트가 적층된 형태(플레이트 적층식)으로 되어 있다.

따라서 본 발명의 오일쿨러는 오일과 냉각수가 각각 유동되는 오일유동공간(13)과 냉각수유동공간(14)이 형성되도록 적층되어 있는 다수 개의 플레이트(10)를 갖는다.

또, 플레이트(10)는 오일유입구(15)로 유입된 오일이 오일유동공간(13)을 경유하여 오일유출구(16)로 유출되도록 적층된 형태를 갖는다.

또, 플레이트(10)는 냉각수유입구(21)로 유입된 냉각수가 냉각수유동공간(14)을 경유하여 냉각수유출구(22)로 유출되도록 적층된 형태를 갖는다.

플레이트(10)의 적층시 유체가 흐를 수 있도록 공간을 형성하는 구조는 열교환 장치 분야에서 이미 널리 공지된 것이므로 구체적인 설명은 생략한다.

또, 유입된 오일이 각각의 오일유동공간(13)으로 흘러 유출되도록 하는 구조는 오일쿨러 등의 열교환 장치 분야에서 널리 공지된 것이므로 구체적인 설명은 생 략한다.

다만, 첨부된 도면에서는 오일이 유동되는 경로를 형성하기 위해 각각의 플레이트(10)에 홀(11a, 12a)이 형성되고, 이 홀(11a, 12a)이 일치되는 방식을 사용하고 있다.

또, 플레이트(10)의 끝부분은 케이스(20)와 융착되어 차단되어 있다.

첨부된 도면은 케이스(20)의 플레이트적층공간(23)에 다수 개의 플레이트(10)가 적층된 상태에서 브레이징(brazing)되어 플레이트(10)와 플레이트(10)의 접촉부 및 플레이트(10)와 케이스(20)의 접촉부가 일체화되어 있는 구조이다.

그런데 상기와 같은 구조에서 오일의 유동 및 냉각수의 유동을 위한 구조가 종래와 같다면 냉각효율을 높이는데 한계가 있다.

본 발명에서는 냉각효율을 향상시키기 위하여 냉각수가 냉각수유동공간(14)으로 유입되고 유출됨에 있어 넓게 퍼져 유입, 유출되도록 한다.

도면에서는 상부의 플레이트(10)와 하부의 플레이트(10)가 한 쌍을 이루어(플레이트결합체) 튜브형태가 됨으로써 오일유동공간(13)이 형성되고, 오일유동공간(13)을 형성하고 있는 한쌍의 플레이트결합체와 또 다른 한쌍의 플레이트결합체가 연결되면서 공간을 두고 연결되어 냉각수유동공간(14)이 형성된 형태로 되어 있다.

즉, 측면이 개방된 냉각수유동공간(14)이 되도록 함으로써 냉각수가 작은 입구를 통해 유입되고 유출되는 것이 아니라 냉각수유동공간(14)의 측면에서 전체적 으로 유입되어 반대편 방향으로 흐르도록 하는 것이다.

냉각수가 상기와 같이 흐르도록 하기 위해서, 본 발명에는 플레이트(10)가 적층상태로 삽입되는 케이스(20)가 구비된다.

이러한 케이스(20)는, 다수 개의 플레이트(10)가 삽입되어 적층되도록 되어 있는 플레이트적층공간(23)을 갖는데 플레이트적층공간(23)은 플레이트(10) 적층에 의해 형성된 냉각수유동공간(14) 앞에 냉각수분산공간(30)을 형성하도록 되어 있다.

또, 케이스(10)에는 냉각수분산공간(30)과 연결된 냉각수유입구(21)와 냉각수유출구(22)가 형성되어 있다.

이러한 구성에 의하면, 유입된 냉각수가 냉각수유동공간(14)을 경유할 때 넓게 퍼져셔 경유하기 때문에 낮은 온도의 냉각수와 열교환되는 면적이 넓어 열교환 효율이 우수하다.

도 8은 플레이트(10)의 적층에 의해 형성되는 냉각수유동공간(14)이 플레이트(10)의 좌, 우측 끝단부에서 멀어져 있을 때 개방된 부분만을 차단하는 케이스에 플레이트(10)가 삽입된 예를 도시한 것이다.

즉, 케이스에 플레이트(10)가 삽입됨에 있어 플레이트(10)의 모든 부분이 삽입된 것이 아니라 플레이트(10)의 좌, 우측은 케이스(10)의 외부로 돌출되고 냉각수유동공간(14)이 형성된 부분만이 케이스(10)의 플레이트적층공간(23)에 들어있는 형태인것이다.

상기와 같은 본 발명에 있어서, 냉각수유입구(21)와 냉각수유출구(22)는 냉각수분산공간(30)과 연결되는 형태로만 형성되면 본 발명의 오일쿨러가 작동하는데 문제가 되지 않기 때문에 냉각수유입구(21)와 냉각수유출구(22)의 위치 선정이 용이하고, 이것은 오일쿨러의 설치를 용이하게 하며, 다양한 장소에 설치할 수 있는 장점으로 연결된다.

그러나 본 발명의 구조에서 냉각수유입구(21)와 냉각수유출구(22)의 위치에 따라 냉각효율에는 큰 차이가 발생할 수 있다.

즉, 냉각수유입구(21)나 냉각수유출구(22)의 크기가 냉각수분산공간(30)의 크기보다 작을 수밖에 없기 때문에 별도의 수단이 없다면 냉각수유입구(21) 부근에서는 냉각수가 냉각수유동공간(14)으로 원활하게 들어가지만 그 외의 부분에서는 냉각수가 냉각수유동공간(14)으로 원활하게 들어가지 못하는 현상이 발생할 수밖에 없다.

또, 냉각수유출구(22)가 형성된 부근에서는 냉각수가 빠르게 배출됨으로써 냉각수가 냉각수유동공간(14)을 빠르게 경유하지만 그 외의 부분에서는 상대적으로 느리게 경유하게 된다.

따라서 냉각수의 쏠림현상이 발생하게 되어 냉각수유동공간(14)의 특정 지점에서는 낮은 온도 분포를 보이고, 다른 지점에서는 상대적으로 높은 온도 분포를 보이는 온도의 편차가 발생된다.

이러한 현상은 냉각효율을 저하시키는 원인이 된다.

이러한 현상을 방지하기 위해 냉각수유입구(21)는 도 4와 같이 적층된 플레 이트(10)의 한쪽 측단부에 대응되게 형성하고, 냉각수유출구(22)는 적층된 플레이트(10)를 사이에 두고 적층된 플레이트(10)의 다른 쪽 측단부에 대응되게 형성하는 것이 바람직하다. (도면에서는 냉각수유입구(21)가 적층된 플레이트(10)의 좌측 끝단부에 대응되어 형성되어 있고, 냉각수유출구(23)가 적층된 플레이트(10)의 우측 끝단부에 대응되어 형성되어 있다.)

전술한 냉각수의 쏠림현상을 방지하는 또 다른 방법으로서, 케이스(20)에 의해 형성되는 냉각수분산공간(30)의 형태를 이용하는 방법이 있다.

즉, 냉각수분산공간(30)을 형성함에 있어 도 4와 같이 냉각수유입구(21)나 냉각수유출구(22)에서 가까울수록 넓고, 멀어질수록 좁게 형성하는 것이다.

이와 같이 구현하면, 냉각수유입구(21)로 유입된 냉각수가 냉각수유동공간(14)으로 흘러들어감에 있어 위치별 편차 없이 전체적으로 고르게 흘러들어가고 냉각수유동공간(14)을 경유하는 속도에도 위치별로 차이가 크게 발생되지 않아 열교환 효율이 우수하다.(열교환 효율이 좋을수록 오일쿨러의 냉각효율이 좋아짐)

물론, 도 4와 같이 냉각수유입구(21)와 냉각수유출구(22)의 위치를 통한 방법과 냉각수분산공간(30)의 형태를 통한 방법을 병행하여 냉각수의 쏠림현상을 방지하는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명에 있어서, 오일유동공간(13)과 냉각수유동공간(14)에는 오일이나 냉각수를 분기시키는 핀(40)이 위치되어 있도록 하는 것이 바람직하다.

이러한 핀(40)은 이미 공지된 다양한 형태로 구현할 수 있다.

상기와 같은 핀(40)이 구비되면 오일과 냉각수가 각각 분기되어 난류화되면서 흐르기 때문에 냉각효율이 향상되는 결과로 이어진다.

이러한 핀(40)을 사용하여 냉각수의 쏠림 현상이 방지되도록 할 수도 있다.

즉, 냉각수의 흐름이 빠른 곳(냉각수유입구(21)나 냉각수유출구(22)에 가까운 곳)에 대응되는 부분이 다른 부분(냉각수유입구(21)나 냉각수유출구(22)에 먼 곳)에 비해 핀폭(41)이 상대적으로 조밀하여 냉각수가 냉각수유동공간(14)을 경유할 때 핀(40)에 의해서 유속이 늦추어짐으로써 전체적으로는 냉각수유입구(21)로 유입된 냉각수가 냉각수유동공간(14)으로 고르게 유입된 후 유출되도록 하는 것이다.

도 8의 핀(40)을 살펴보면, 핀폭(41)이 조밀하게 형성된 부분과 상대적으로 조밀하지 않은 부분이 형성되어 있다.

이러한 핀(40)을 오일유동공간(13)이나 냉각수유동공간(14)에 위치시킴에 있어 냉각수유입구(21)나 냉각수유출구(22)에 가까울수록 핀폭(41)의 간격이 좁은 부분을 위치되도록 하고, 멀어질수록 핀폭(41)의 간격이 넓은 부분이 위치되도록 하는 것이다.

본 발명에 있어서, 케이스(20)에는 상기 플레이트(10)가 적층되는 위치를 잡아주는 가이드(24)가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 구성요소 중 오일의 냉각에 관여하는 부분은 열전달 속도가 빠른 알루미늄 재질 등으로 구현하는 것이 바람직하다.

특히, 직접적인 열교환이 이루어지는 플레이트(10)는 알루미늄과 같이 열전달 속도가 빠른 재질로 구현할 필요성이 있다.

본 발명의 구성요소인 플레이트(10)와 플레이트(10)의 접촉부 및 케이스(20)와 플레이트(10)가 융착되어 일체화되도록 함에 있어서는 이미 공지된 다양한 기술을 사용할 수 있다.

그러나 열을 가하여 융착되도록 하는 방식을 적용하는 것이 바람직하다.

도 1은 라디에이터 내부에 설치되는 종래의 이중관형 오일쿨러의 사시도

도 2는 종래의 적층형 오일쿨러의 사시도

도 3은 라디에이터 내부에 설치된 종래의 이중관형 오일쿨러를 설명하기 위한 개략도

도 4는 본 발명의 수냉식 오일쿨러를 설명하기 위하여 상부가 절개된 상태를 도시한 본 발명의 오일쿨러 단면 사시도

도 5는 본 발명의 수냉식 오일쿨러를 설명하기 위한 분해 사시도

도 6은 본 발명의 구성요소인 플레이트가 적층된 상태를 설명하기 위한 개략도

도 7은 오일유동공간 및 냉각수유동공간 내에 위치되는 본 발명의 핀을 설명하기 위한 개략도

도 8은 플레이트 중 냉각수유동공간을 형성하고 있는 부분만이 케이스에 삽입된 구조를 설명하기 위한 개략도

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10. 플레이트 11a. 홀

12a. 홀 13. 오일유동공간

14. 냉각수유동공간 15. 오일유입구

16. 오일유출구 20. 케이스

21. 냉각수유입구 22. 냉각수유출구

23. 플레이트적층공간 24. 가이드

30. 냉각수분산공간 40. 핀

41. 핀폭

Claims (6)

1. 플레이트 적층형 오일쿨러에 있어서,

   오일과 냉각수가 각각 유동되는 오일유동공간(13)과 냉각수유동공간(14)이 형성되도록 적층되고, 오일유입구(15)로 유입된 오일이 상기 오일유동공간(13)을 경유하여 상기 오일유출구(16)로 유출되며, 측면이 개방된 냉각수유동공간(14)이 되도록 적층되는 다수 개의 플레이트(10); 및

   상기 다수 개의 플레이트(10)가 삽입되어 적층되고 플레이트(10) 적층에 의해 형성되는 냉각수유동공간(14) 앞에 냉각수분산공간(30)을 형성하는 플레이트적층공간(23)을 가지며, 상기 냉각수분산공간(30)과 연결된 냉각수유입구(21)와 냉각수유출구(22)를 갖는 케이스(20);를 포함하여 구성되며, 상기 플레이트적층공간(23)에 상기 다수 개의 플레이트(10)가 적층된 상태에서 브레이징되어 일체화되어 있는, 수냉식 오일쿨러.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 케이스(20)에는 상기 플레이트(10)가 적층되는 위치를 잡아주는 가이드(24)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 수냉식 오일쿨러.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 냉각수분산공간(30)은 냉각수유입구(21)나 냉각수유출구(22)에 가까울수록 넓고, 멀어질수록 좁은 것을 특징으로 하는, 수냉식 오일쿨러.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 냉각수유입구(21)는 적층된 플레이트(10)의 한쪽 측단부에 대응되어 형성되어 있고, 상기 냉각수유출구(22)는 상기 플레이트(10)를 사이에 두고 적층된 플레이트(10)의 다른 쪽 측단부에 대응되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 수냉식 오일쿨러.
5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 오일유동공간(13)이나 상기 냉각수유동공간(14)에는 오일이나 냉각수를 분기시키는 핀(40)이 위치되어 있는 것을 특징으로 하는, 수냉식 오일쿨러.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 핀(40)의 핀폭(41)은 냉각수유입구(21)나 냉각수유출구(22)에 가까울수록 좁고, 멀어질수록 넓은 것을 특징으로 하는, 수냉식 오일쿨러.

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