KR20130050051A

KR20130050051A - 차량용 냉각 장치

Info

Publication number: KR20130050051A
Application number: KR1020110115184A
Authority: KR
Inventors: 김승기
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2011-11-07
Filing date: 2011-11-07
Publication date: 2013-05-15
Also published as: US8967307B2; DE102012105462B4; DE102012105462A1; US20130111926A1

Abstract

본 발명은 차량용 냉각 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 라디에이터로 공기를 강제 송풍시켜 라디에이터를 흐르는 엔젠 냉각수의 방열 효과를 증대시키는 장치가 포함된 차량용 냉각 장치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 차량의 배터리 전원으로 압축 공기를 발생시키는 전동식 공기 압축 펌프, 상기 전동식 압축 공기 펌프에서 발생되는 압축 공기를 저장하는 주 압축 공기 탱크, 라디에이터로 흐르는 냉각수 온도가 기설정치를 초과하면 상기 라디에이터로 압축 공기가 배출될 수 있도록 제어하기 위한 압축 공기 제어 밸브 및 상기 압축 공기 제어 밸브에 의해 배출되는 공기가 내주면을 따라 라디에이터로 고압의 공기가 분사되도록 공기 증폭 유도 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각 장치를 제공한다.

Description

차량용 냉각 장치{COOLING APPARATUS FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 냉각 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 라디에이터로 공기를 강제 송풍시켜 라디에이터를 흐르는 엔젠 냉각수의 방열 효과를 증대시키는 장치가 포함된 차량용 냉각 장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 엔진 냉각 장치는 동작 시 고온의 연소 온도로 인한 엔진 냉각을 위해 냉각 장치가 별도로 갖추어져 있다. 방열기 보호판과 송풍 팬 및 송풍 팬을 구동시키는 모터 장치로 구성되고 냉각수를 강제적으로 순환시키는 엔진 냉각수 펌프를 갖추고 있어 엔진 본체와 연결된 냉각수의 온도를 라디에이터 장치로 공기를 강제 송풍시켜 냉각수 온도를 낮추게 하여 엔진 냉각 상태를 유지시킨다.

여기서, 상기 강제 순환식 냉각 장치는 도 1에 도시한 바와 같이 가열된 냉각수를 방열판에 통과시켜 외부 공기와 접촉시킴으로써 냉각하는 라디에이터(1)와, 상기 라디에이터(1)의 전방 또는 후방 측에 설치되어 라디에이터(1) 측으로 외부 공기를 강제 통풍시켜 방열 효과를 증대시키는 송풍 팬(2)과 상기 라디에이터(1)에서 냉각된 냉각수를 엔진의 내부로 강제 순환시키는 워터 펌프(미도시)와, 엔진 내부를 순환한 냉각수가 라디에이터(1) 측으로 리턴되는 순환통로 상에 설치되어 자동적으로 일정온도 이상에 도달하는 경우 개방되고 일정 온도 이하이면 폐쇄되면서 냉각수를 적정 온도로 유지시키는 서모 스탯(3)과, 상기 라디에이터 오버 플로우 파이프(4)와 연결되어 오버 플로우되는 냉각수가 일시 저장되고 부족한 냉각수를 보충하는 리저버 탱크(5)로 구성된다.

여기서 상기와 같은 냉각 장치는 송풍 팬(2)이 엔진의 동력 또는 별도로 설치된 송풍 팬 구동 모터(미도시)에 의해 구동되므로 차량에 부하를 가중시켜 엔진의 성능이 저하 및 그에 따른 연비 저하의 문제점이 있다.

또한, 엔진으로 순환되는 냉각수의 온도를 적절한 수준으로 유지하기 위해 상기 모터의 구동을 제어하는 제어구조가 복잡한 문제점이 있으며 고장 시에 엔진이 멈출 수도 있는 치명적인 결함의 위험요소를 갖고 있다.

등록특허 10-0483150, 도 1

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 차량의 엔진 부하를 가중시키지 않으면서 라디에이터의 방열 효과를 증대시킨 차량용 냉각 장치를 제공하는데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 차량용 냉각 장치는 차량의 배터리 전원으로 압축 공기를 발생시키는 전동식 공기 압축 펌프, 상기 전동식 압축 공기 펌프에서 발생되는 압축 공기를 저장하는 주 압축 공기 탱크, 라디에이터로 흐르는 냉각수 온도가 기설정치를 초과하면 상기 라디에이터로 압축 공기가 배출될 수 있도록 제어하기 위한 압축 공기 제어 밸브 및 상기 압축 공기 제어 밸브에 의해 배출되는 공기가 내주면을 따라 라디에이터로 고압의 공기가 분사되도록 공기 증폭 유도 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 엔진의 동력으로 공기 압축기를 구동하여 압축 공기를 발생시키는 엔진 공기 압축 펌프 및 상기 엔진 공기 압축 펌프에서 발생된 압축 공기를 저장하는 보조 압축 공기 탱크를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 주 압축 공기 탱크와 보조 압축 공기 탱크 사이에는 보조 공기 밸브가 더 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 보조 압축 공기 탱크로의 압축 공기를 상기 라디에이터의 일측면을 향하여 공급할 수 있도록 공기 공급 라인이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 공기 증폭 유도 장치는 상기 라디에이터를 감싸는 관 형상으로 형성되고, 외주면의 일측에 형성되는 공기 유입구를 통하여 공기가 유입되고 내주면에 소경부가 형성되고 이러한 소경부에 형성되는 유출구를 통하여 공기가 배출되어 상기 라디에이터 측으로 갈수록 점진적으로 내경이 증가하는 대경부가 형성됨으로써 코안다 효과를 나타내는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유입구와 유출구 사이에는 상기 공기 증폭 유도 장치의 원주를 따라 그 단면이 직각 구조인 공간이 형성되어 공기의 와류를 발생시키는 와류관이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 압축 공기 제어 밸브에는 상기 라디에이터의 일측에 설치되어 라디에이터를 흐르는 냉각수의 온도를 감지하는 온도 센서로부터 신호를 입력받아 압축 공기 제어 밸브의 개도량을 조절하는 압축 공기 제어 장치가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 차량용 냉각 장치에 의하면, 팬과 방열기 보호판 및 팬을 구동시키는 모터와 함께 코안다 효과를 이용한 공기 증폭 유도 장치를 라디에이터의 전방 또는 후방 측에 설치하여 공기를 강제 송풍시키므로 전기적 부하 요소가 제거되어 엔진의 성능이 향상되는 효과를 갖는다.

또한, 평상시에는 전동식 공기 압축 펌프를 가동시키고 차량의 전원 공급계 문제 발생 시 엔진 공기 압축 펌프를 가동시킴으로써 엔진 부하를 최소화할 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 종래기술에 의한 차량용 냉각 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 차량용 냉각 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 차량용 냉각 장치에 적용되는 공기 증폭 유도 장치의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 의한 차량용 냉각 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 의한 차량용 냉각 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 의한 차량용 냉각 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량용 냉각 장치에 적용되는 공기 증폭 유도 장치에 의해 나타나는 코안다 효과를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량용 냉각 장치에 의해 나타나는 압력-체적의 관계를 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 차량용 냉각 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다. 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 차량용 냉각 장치는 라디에이터(10), 엔진 공기 압축 펌프(20), 주 압축 공기 탱크(30), 보조 압축 공기 탱크(31), 공기 공급 라인(40), 압축 공기 제어 밸브(50) 및 공기 증폭 유도 장치(60)를 포함한다.

상기 라디에이터(10)는 엔진(E)으로부터 가열된 냉각수를 냉각시키기 위한 것으로서, 엔진(E)의 내부에 일체로 형성되는 워터 재킷(미도시) 등의 냉각 라인을 따라 유동하는 냉각수가 엔진(E)의 열기를 흡수한 후 고온의 온도를 외부로 방출할 수 있도록 열교환하는 기능을 하게 된다. 또한 상기 라디에이터(10)의 오버 플로우 파이프(12)와 연결되어 오버 플로우되는 냉각수가 일시 저장되고 부족한 냉각수를 보충하는 리저버 탱크(13)가 포함된다.

상기 엔진 공기 압축 펌프(20)는 엔진(E)의 동력을 이용하여 공기를 압축 구동하며 상기 공기 공급 라인으로 공기를 압송하는 기능을 수행한다. 이러한 엔진 공기 압축 펌프(20)와 연결되어 후술하는 주 보조 압축 공기 탱크(30)로 압축 공기를 공급하도록 한다.

상기 공기 공급 라인(40) 상에는 상기와 같은 보조 압축 공기 탱크(30)가 설치되어서 압축 공기를 일시적으로 저장할 수 있도록 한다. 여기서 상기 보조 압축 공기 탱크(30)는 엔진(E)에 의해 기계식으로 구동되도록 한다.

한편, 평상시에는 차량의 배터리(33)를 동력원으로 하여 압축 공기를 발생시키는 전동식 공기 압축 펌프(32)를 구비하고, 이러한 전동식 공기 압축 펌프(32)를 이용하여 공기를 저장하기 위한 주 압축 공기 탱크(31)를 배치한다.

즉, 전술한 바와 같이 평상시에는 보조 압축 공기 탱크(30)와는 별도로 전동식 공기 압축 펌프(32)가 배터리 등의 보조 동력에 의해 상기 주 압축 공기 탱크(31)에 공기를 공급하도록 형성함으로써 평상 시에는 상기 상기 주 압축 공기 탱크(31)에 압축 공기를 공급하지만 상기 전동식 공기 압축 펌프(32)의 고장 시, 상기 엔진 공기 압축 펌프(20)를 이용하여 보조 압축 공기 탱크(30)에 압축 공기를 저장하도록 할 수 있다. 아울러, 상기 주 압축 공기 탱크(31)와 보조 압축 공기 탱크(30)의 사이에는 보조 공기 밸브(41)를 설치함으로써 이러한 보조 공기 밸브(41)의 개도량을 제어하여 상기와 같은 엔진 공기 압축 펌프(20)는 필요 시에만 작동되도록 함으로써 불필요한 엔진 소모 동력에 의한 연비 절감의 효과를 얻을 수 있다.

한편, 상기 라디에이터(10)를 흐르는 냉각수의 온도를 측정할 수 있도록 온도 센서(미도시)를 설치할 수 있다. 이러한 온도 센서로부터 검출되는 온도에 따라 상기 공기 공급 라인(40)의 압축 공기 제어를 할 수 있도록 한다.

즉, 상기 공기 공급 라인(40) 상에는 별도로 구비되는 압축 공기 제어 장치(51)의 신호에 의해 개도량이 제어되는 압축 공기 제어 밸브(50)를 설치하고, 상기 라디에이터(10)로 흐르는 냉각수 온도가 기설정치를 초과하면 라디에이터(10)로 유동되는 공기 통로에 다량의 압축 공기를 공급하여 흡입유량을 증가시키는 공기 증폭 유도 장치(60)가 설치된다. 아울러, 상기 엔진 냉각수의 온도가 낮아지면 압축 공기의 소모량을 줄이기 위해 압축 공기 제어 장치(51)를 통하여 압축 공기 제어 밸브(50)를 폐쇄할 수 있도록 한다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 차량용 냉각 장치에 적용되는 공기 증폭 유도 장치의 사시도이다. 도시한 바와 같이 상기 공기 증폭 유도 장치(60)는 상기 라디에이터(10)의 외경을 감싸는 형상으로 형성된다.

또한 공기 증폭 유도 장치(60)의 외주면의 일측에는 상기 압축 공기 제어 밸브(50)의 개도량에 따라 공급되는 압축 공기가 유입될 수 있도록 유입구(61)가 형성된다.

그리고 압축 공기가 상기 유입구(61)를 통과하면 대략 직각 방향으로 적어도 2회 이상 굴절되도록 와류관(62)이 형성된다. 이러한 와류관(62)은 상기 압축 공기에 와류가 발생되도록 유도함으로써 압축 공기 유량을 고르게 분출되도록 한다.

또한 상기 와류관(62)을 지난 후 상기 공기 증폭 유도 장치(60)의 내주면에는 원주를 따라 환형으로 유출구(63)가 형성된다. 이때 상기 공기 증폭 유도 장치(60)의 내주면은 상기 라디에이터(10) 측으로 공기가 유입되도록 형성하되 라디에이터(10)측으로 갈수록 점진적으로 그 내경이 작아지도록 형성한다. 즉 상기 라디에이터(10)와 먼 측의 공기 증폭 유도 장치(60)의 내주면에는 소경부(64)가 형성되고 이러한 소경부(64)로부터 상기 라디에이터(10) 측으로 내경이 커지는 대경부(65)가 형성된다. 이때 상기 소경부(64)를 따라 상기 유출구(63)가 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량용 냉각 장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.

우선, 엔진(E)의 시동 초기에는 엔진 주위를 순환하는 냉각수의 온도가 80도 이하이므로 서모 스탯(11)은 폐쇄된 상태이고, 냉각수는 엔진(E) 주위만을 순환한다.

이와 같이 냉각수가 엔진(E) 주위만을 순환하다가 80도 이상으로 가열되면 서모 스탯(11)이 개방되면서 냉각수가 라디에이터(10)로 공급되고 상기 라디에이터(10)로 유동되는 공기에 의해 냉각된 이후, 워터 펌프(미도시)의 구동에 의해 다시 엔진(E) 주위로 유입되어 엔진(E)의 연소 가스 폭발로 인한 열을 냉각시킨다.

이때 온도 센서에서 검출된 냉각수의 온도가 기설정치(예를 들면 대략 90도)를 초과하면 압축 공기 제어 장치(51)에 의해 압축 공기 제어 밸브(50)가 유입구(61)측으로 개방하도록 개도되어 압축 공기가 주 압축 공기 탱크(31)로부터 상기 유입구(61)로 공급된다.

여기서, 상기 소량의 압축 공기는 유입구(61)를 통과함과 와류관(62) 내부에서 진행 방향에 대하여 직각 방향으로 적어도 2회의 방향이 전환되면서 와류가 발생됨으로써 유동이 급격히 변하게 되고, 상기 유출구(63)를 통과함과 동시에 상기 공기 증폭 유도 장치(60)의 소경부(64)로부터 대경부(65)를 이동하는 중에 공기 증폭 유도 장치(60) 내부를 유동하는 공기를 가속시키게 되며 상기 유출구(63)를 통하여 분출되는 압축 공기의 유동이 빨라져서 대량의 압축 공기가 라디에이터(10)로 강제 송풍된다.

이후, 본 발명의 제1 실시예에 의한 차량용 냉각 장치의 구성 요소 및 작동과 중복되는 부분은 설명을 생략하겠다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 의한 차량용 냉각 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다. 도 4에 도시한 바와 같이 본 발명의 제1 실시예와 같은 구조에서 상기 라디에이터의 전방 또는 후방 측에 송풍 팬(70)이 설치될 수 있다.

즉 상기 라디에이터(10)를 흐르는 냉각수의 온도가 고온으로 높아지는 조건이 되면 상기 라디에이터(10)로 강제 송풍을 하기 위한 엔진 냉각용 공기 송풍 모터 일체형 송풍 팬(70) 등으로 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 공기 증폭 유도 장치(60)는 유입구(61) 상에 소량의 압축 공기를 공급하더라도 압축 공기는 공기 증폭 유도 장치(60)의 내주면을 따라 빠르게 진행해 나아가고 이로 인해 주위에 낮은 압력 분포가 형성되어 공기 증폭 유도 장치(60)의 내부를 흐르는 공기를 대량으로 라디에이터(10)로 움직이게 하여 낮은 압력의 대량의 압축 공기를 강제 송풍시킨다. 또한 낮은 압력 분포가 형성되는 부위의 공기 온도는 주위 공기 온도보다 낮게 되어 엔진 냉각 효과를 극대화할 수 있다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 의한 차량용 냉각 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다. 도 5에 도시한 바와 같이 소량의 압축 공기가 유입구(61)를 통하여 공급되더라도 대량의 압축된 공기가 라디에이터(10)의 냉각면에 더욱 빠르고 고르게 퍼질 수 있도록 공기 증폭 유도 장치(60)를 복수개소 설치할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제4 실시예에 의한 차량용 냉각 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다. 도 6에 도시한 바와 같이 제3 실시예에 의한 구성에서 각각의 공기 증폭 유도 장치(60)에 송풍 팬(71, 72)을 추가 장착함으로써 냉각 속도를 더욱 높일 수 있는 효과를 갖게 된다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량용 냉각 장치에 적용되는 공기 증폭 유도 장치에 의해 나타나는 코안다 효과를 나타낸 것이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량용 냉각 장치에 의해 나타나는 압력-체적의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이 유입구(61)를 통해 공급되는 압축 공기에 의해 공기 증폭 유도 장치(60)의 내부를 유동하는 공기의 유량이 증가함을 알 수 있다. 즉, 도 8의 그래프를 참조하면 유입구(61)를 통해 공급되는 압축 공기의 압력이 증가함에 따라 압축 공기의 유량이 점차적으로 증가하는 것을 알 수 있다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

10: 라디에이터
11: 서모 스탯
12: 오버 플로우 파이프
13: 리저버 탱크
20: 공기 압축 펌프
30: 보조 압축 공기 탱크
31: 주 압축 공기 탱크
33: 배터리
40: 공기 공급 라인
41: 보조 공기 밸브
50: 압축 공기 제어 밸브
51: 압축 공기 제어 장치
60: 공기 증폭 유도 장치
61: 유입구
62: 와류관
63: 유출구
64: 소경부
65: 대경부
70, 71, 72: 송풍 팬

Claims

차량의 배터리 전원으로 압축 공기를 발생시키는 전동식 공기 압축 펌프;
상기 전동식 압축 공기 펌프에서 발생되는 압축 공기를 저장하는 주 압축 공기 탱크;
라디에이터로 흐르는 냉각수 온도가 기설정치를 초과하면 상기 라디에이터로 압축 공기가 배출될 수 있도록 제어하기 위한 압축 공기 제어 밸브; 및
상기 압축 공기 제어 밸브에 의해 배출되는 공기가 내주면을 따라 라디에이터로 고압의 공기가 분사되도록 공기 증폭 유도 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각 장치.
제1항에 있어서,
상기 엔진의 동력으로 공기 압축기를 구동하여 압축 공기를 발생시키는 엔진 공기 압축 펌프; 및
상기 엔진 공기 압축 펌프에서 발생된 압축 공기를 저장하는 보조 압축 공기 탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각 장치.
제2항에 있어서,
상기 주 압축 공기 탱크와 보조 압축 공기 탱크 사이에는 보조 공기 밸브가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각 장치.
제2항에 있어서,
상기 보조 압축 공기 탱크로의 압축 공기를 상기 라디에이터의 일측면을 향하여 공급할 수 있도록 공기 공급 라인이 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각 장치.
제4항에 있어서,
상기 공기 증폭 유도 장치는 상기 라디에이터를 감싸는 관 형상으로 형성되고, 외주면의 일측에 형성되는 공기 유입구를 통하여 공기가 유입되고 내주면에 소경부가 형성되고 이러한 소경부에 형성되는 유출구를 통하여 공기가 배출되어 상기 라디에이터 측으로 갈수록 점진적으로 내경이 증가하는 대경부가 형성됨으로써 코안다 효과를 나타내는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각 장치.
제5항에 있어서,
상기 유입구와 유출구 사이에는 상기 공기 증폭 유도 장치의 원주를 따라 그 단면이 직각 구조인 공간이 형성되어 공기의 와류를 발생시키는 와류관이 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각 장치.
제1항에 있어서,
상기 압축 공기 제어 밸브에는 상기 라디에이터의 일측에 설치되어 라디에이터를 흐르는 냉각수의 온도를 감지하는 온도 센서로부터 신호를 입력받아 압축 공기 제어 밸브의 개도량을 조절하는 압축 공기 제어 장치가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각 장치.