KR20130056707A

KR20130056707A - 차량용 열교환기

Info

Publication number: KR20130056707A
Application number: KR1020110122440A
Authority: KR
Inventors: 김재연
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2011-11-22
Filing date: 2011-11-22
Publication date: 2013-05-30
Also published as: JP2013108745A; US9322319B2; US20130126149A1; JP6054627B2; KR101776718B1; CN103134358B; DE102012105600A1; CN103134358A

Abstract

차량용 열교환기가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기는 다수개의 플레이트가 적층되어 내부에 교번적으로 각기 다른 연결유로를 형성하고, 각기 다른 작동유체가 각각 유입되어 상기 각 연결유로를 통과하면서 상호 열교환이 이루어지며, 상기 각 연결유로 중 하나의 연결유로는 공급된 각 작동유체가 각각 별도로 순환되도록 구획되는 방열부; 및 상기 방열부에서 각 작동유체를 각각 유입 및 배출시키도록 형성된 복수의 유입홀과 배출홀 중 어느 하나의 유입홀과 배출홀을 상호 연결하며, 유입된 작동유체의 온도에 따라 작동유체를 상기 방열부를 통과시키지 않고 바이패스시키도록 상기 방열부의 외부에 장착되는 분기부를 포함한다.

Description

차량용 열교환기{HEAT EXCHANGER FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 열교환기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 각각의 작동유체가 내부로 유입되어 상호 열교환을 통해 온도가 조절되는 차량용 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기는 온도가 높은 유체로부터 전열벽을 통해 온도가 낮은 유체로 열을 전달하는 것으로 가열기, 냉각기, 증발기, 응축기 등에 사용된다.

이러한 열교환기는 열에너지를 재사용하거나 유입되는 작동유체의 온도를 용도에 맞게 조절하게 되고, 보통 차량의 공조시스템이나 변속기 오일쿨러 등에 적용하며, 엔진룸에 장착된다.

여기서, 열교환기를 한정적인 공간을 갖는 엔진룸에 장착 시, 공간확보 및 장착의 어려움이 발생하는 바, 소형, 경량화 및 고효율 고기능화를 위한 연구가 계속되고 있는 실정이다.

그러나 종래의 열교환기는 차량의 상태에 따라 각기 작동유체의 온도를 조절하여 차량의 엔진 또는 변속기, 공조장치로 작동유체를 공급해야 하지만, 이를 위해서는 유입되는 열매 또는 냉매로 작용하는 작동유체의 유로 상에 별도의 분기회로 및 밸브를 설치해야 하는 바, 구성요소 및 조립공수가 증가되고, 레이아웃이 복잡해지는 문제점이 있다.

또한, 별도의 분기회로 및 밸브의 미설치 시에는 작동유체의 유량에 따른 열교환 효율의 제어가 불가능하여 작동유체의 효율적인 온도조절이 불가능해지는 문제점도 있다.

따라서, 본 발명의 실시예들은 각각의 작동유체가 내부에서 상호 열교환을 통한 온도 조절 시, 차량의 주행상태나 초기 시동 조건에서 유입되는 작동유체의 온도에 따라 작동유체의 웜업기능과 냉각기능을 동시에 수행할 수 있도록 하는 차량용 열교환기를 제공하고자 한다.

또한, 작동유체가 유동되는 연결유로를 구획하여 각각 다른 작동유체를 유입 및 순환시키고, 차량의 상태에 따라 이 작동유체들의 온도 조절이 가능함으로써, 차량의 연비 개선, 및 난방성능을 향상시킬 수 있으며, 구성을 간소화하여 조립공수를 절감시키도록 하는 차량용 열교환기를 제공하고자 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기는 다수개의 플레이트가 적층되어 내부에 교번적으로 각기 다른 연결유로를 형성하고, 각기 다른 작동유체가 각각 유입되어 상기 각 연결유로를 통과하면서 상호 열교환이 이루어지며, 상기 각 연결유로 중 하나의 연결유로는 공급된 각 작동유체가 각각 별도로 순환되도록 구획되는 방열부; 및 상기 방열부에서 각 작동유체를 각각 유입 및 배출시키도록 형성된 복수의 유입홀과 배출홀 중 어느 하나의 유입홀과 배출홀을 상호 연결하며, 유입된 작동유체의 온도에 따라 작동유체를 상기 방열부를 통과시키지 않고 바이패스시키도록 상기 방열부의 외부에 장착되는 분기부를 포함한다.

상기 각 유입홀은 상기 방열부의 길이방향으로 일면 양측에 각각 형성되는 제1, 제2, 및 제3 유입홀을 포함하며, 상기 각 배출홀은 상기 제1, 제2, 및 제3 유입홀에 대응하여 상기 방열부의 길이방향으로 양측에서 상기 제1, 제2, 및 제3 유입홀과 각각 이격되게 형성되며, 상기 방열부의 내부에서 각각의 연결유로를 상호 연결되는 제1, 제2, 제3 배출홀을 포함할 수 있다.

상기 제1 유입홀과 제1 배출홀은 상기 방열부의 일면에서 대각선 방향으로 각 모서리부에 형성될 수 있다.

상기 제2 유입홀과 제2 배출홀은 상기 방열부의 일면에서 구획된 중앙을 기준으로 상기 제1 유입홀이 형성되는 일측에 대각선 방향으로 형성되며, 상기 제1 유입홀과 제1 배출홀에 서로 대향되게 형성될 수 있다.

상기 제3 유입홀과 제3 배출홀은 상기 방열부의 일면에서 구획된 중앙을 기준으로 상기 제1 배출홀이 형성되는 타측에 대각선 방향으로 형성되며, 상기 제1 유입홀과 제1 배출홀에 서로 대향되게 형성될 수 있다.

상기 분기부는 상기 방열부의 외부에서 상기 제1 유입홀과 제1 배출홀의 사이를 상호 연결하며, 상기 제1 유입홀에 근접된 위치에 형성되는 유입포트와, 상기 유입포트와 대향되며, 상기 제1 배출홀에 근접된 위치에 형성되는 배출포트를 갖는 연결파이프; 및 상기 제1 유입홀에 대응하는 상기 연결파이프의 일단부에 장착되어 작동유체의 온도에 따라 이완과 수축이 이루어져 상기 유입포트를 통해 유입된 작동유체를 상기 배출포트로 직접 바이패스시키거나 상기 방열부로 유입시키는 밸브유닛을 포함할 수 있다.

상기 밸브유닛은 상기 연결파이프의 일단에 고정 장착되는 장착캡; 및 상기 연결파이프의 내부로 삽입된 상기 장착캡에 일단부가 연결되며, 상기 작동유체의 온도에 따라 이완과 수축이 이루어지는 변형부재를 포함할 수 있다.

상기 변형부재는 그 재질이 작동유체의 온도에 따라 이완 및 수축 변형되는 형상기억합금 소재일 수 있다.

상기 변형부재는 원형의 코일 스프링 형상으로 상호 겹쳐져 접촉된 상태로 형성될 수 있다.

상기 변형부재는 길이방향으로 양단부의 설정부분이 온도에 따라 변형되지 않도록 고정되는 고정부; 및 상기 각 고정부의 사이에서 작동유체의 온도에 따라 이완 및 수축 변형이 이루어지는 변형부를 포함할 수 있다.

상기 장착캡은 일단부가 상기 변형부재에 끼워져 고정되는 삽입부; 및 상기 삽입부의 타단에 일단이 일체로 연결되며, 상기 연결파이프의 내주면에 장착되는 장착부를 포함할 수 있다.

상기 장착부는 상기 연결파이프의 내주면에 나사 체결되도록 외주면 상에 나사산이 형성될 수 있다.,

상기 장착부는 타단에 상기 메인 바디의 외측 단부에 걸려서 고정되는 걸림부가 일체로 형성될 수 있다.

상기 걸림부는 타단면에 공구홈이 형성될 수 있다.

상기 장착부는 상기 삽입부와의 사이에 작동유체가 상기 연결파이프에서 누출되는 것을 방지하기 위한 시일링이 장착될 수 있다.

상기 변형부재는 타단에 상기 연결파이프의 내부에서 슬라이드 이동 가능하게 삽입된 상태로, 연결되는 엔드캡이 장착될 수 있다.

상기 엔드캡은 상기 입력포트를 통해 유입되는 작동유체의 유량에 따라 변화되는 압력 대응 및 변형부재의 온도 응답성 향상을 위해 유입된 작동유체를 상기 변형부재의 내부로 바이패스(Bypass)시키는 관통홀이 형성될 수 있다.

상기 각 작동유체는 라디에이터로부터 유입되는 냉각수와, 자동변속기로부터 유입되는 변속기오일과, 엔진으로부터 유입되는 엔진오일로 구성될 수 있다.

상기 냉각수는 제1 유입홀과 제1 배출홀을 통해 순환되고, 상기 변속기오일은 제2 유입홀과 제2 배출홀을 통해 순환되며, 상기 엔진오일은 제3 유입홀과 제3 배출홀을 통해 순환되고, 상기 각 연결유로는 상기 방열부의 내부에서 상기 제1 유입홀을 통해 냉각수가 유입되어 이동하는 제1 연결유로와, 상기 각 제1 연결유로와 교번적으로 형성되고, 리브를 통해 구획되어 상기 제2 유입홀을 통해 유입되는 변속기오일이 이동하는 제2 연결유로와 상기 제3 유입홀을 통해 유입되는 엔진오일이 이동하는 제3 연결유로를 포함할 수 있다.

상기 리브는 상기 제2 연결유로와 제3 연결유로를 통해 유동하는 변속기오일과 엔진오일이 혼합되는 것을 방지하도록 상기 방열부의 길이방향을 기준으로 중앙에 형성될 수 있다.

상기 방열부는 각 작동유체의 유동을 대향류(counterflow, 對向流) 시켜 상호 열교환시킬 수 있다.

상기 방열부는 복수개의 플레이트가 적층되는 플레이트형으로 형성될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기에 의하면, 작동유체가 내부에서 상호 열교환을 통한 온도 조절 시, 차량의 주행상태나 초기 시동 조건에 따라 유입되는 작동유체의 온도를 이용해 작동유체의 웜업 기능과 냉각기능을 동시에 수행함으로써, 작동유체의 온도 조절을 효율적으로 수행할 수 있다.

또한, 형상기억합금 소재가 적용된 변형부재를 적용한 간단한 구조의 밸브유닛을 이용해 유입된 작동유체의 온도에 따라 작동유체를 선택적으로 유동시킴으로써, 작동유체의 유동을 정확하게 제어할 수 있으며, 종래 왁스 팽창식 밸브에 비해 구성요소를 간소화하여 제작원가를 절감하는 동시에, 중량을 저감시킬 수 있다.

그리고 작동유체의 온도에 따른 밸브 개폐작동의 응답성을 향상시킬 수 있다.

또한, 차량의 상태에 따라 작동유체의 온도 조절이 가능함으로써, 차량의 연비 개선, 및 난방성능을 향상시킬 수 있고, 냉각수가 유입되는 하나의 열교환기를 통해 2개의 작동유체를 냉각수와 각각 상호 열교환시킬 수 있어 구성 및 전체 패키지를 간소화하여 조립공수를 줄일 수 있다.

또한, 종래 별도로 설치되던 분기회로를 제거함으로써, 제작원가 절감 및 작업성을 향상시킬 수 있고, 협소한 엔진룸 내부에서 공간 활용성을 높이고, 연결호스들의 레이아웃을 간소할 수 있다.

또한, 열교환 대상인 작동유체 중, 자동변속기 오일이 포함될 경우 냉시동 시에 마찰 저감을 위한 웜업 기능과, 주행 시 슬립 방지 및 내구 유지를 위한 냉각기능의 동시 수행이 가능하여 연비 및 변속기 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 냉각수를 이용해 수냉식으로 자동변속기 오일과 엔진오일을 웜업 또는 냉각시킬 수 있어 공랭식 열교환기에 비해 열교환 효율을 향상시켜 차량 냉방 시스템의 전체적인 냉방성능과 난방성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기가 적용되는 자동변속기 냉각시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기의 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A 선에 따른 단면도이다.
도 4는 도 2의 B-B 선에 따른 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기에 적용되는 밸브유닛의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 밸브유닛의 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 밸브유닛의 작동 상태도이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기의 단계별 작동 상태도이다.

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

이에 앞서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기가 적용되는 자동변속기 냉각시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기의 사시도이며, 도 3은 도 2의 A-A 선에 따른 단면도이고, 도 4는 도 2의 B-B 선에 따른 단면도이며, 도 5와 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기에 적용되는 밸브유닛의 사시도 및 분해 사시도이다

도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기(100)는 차량의 자동변속기 냉각 시스템에 적용된다.

상기한 자동변속기 냉각 시스템은 기본적으로, 도 1에서 도시한 바와 같이, 워터펌프(10)를 통해 냉각팬(21)이 장착된 라디에이터(20)를 통과하면서 냉각된 냉각수가 엔진(50)을 냉각시키는 냉각라인(Cooling Line : 이하 ‘C.L’이라 함)이 구비되고, 이 냉각라인(C.L) 상에는 미도시된 차량 난방시스템과 연결되는 히터 코어(30)를 포함하여 구성된다.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기(100)는 각각의 작동유체가 내부에서 상호 열교환을 통한 온도 조절 시, 차량의 주행상태나 초기 시동 조건에 따라 유입되는 작동유체의 온도에 따라 작동유체의 웜업기능과 냉각기능을 동시에 수행하는 구조로 이루어진다.

이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기(100)는 상기 워터펌프(10)와 히터코어(30) 사이에 구비되며, 자동변속기(40)와 엔진(41)에 오일이 유동하는 오일라인(Oil Line : 이하, ‘O.L’이라 함)인 제1, 제2 오일라인(O.L1, O.L2)을 통해 각각 상호 연결된다.

즉, 본 실시예에서, 상기 각 작동유체는 라디에이터(20)로부터 유입되는 냉각수와, 자동변속기(40)로부터 유입되는 변속기오일과, 엔진(50)으로부터 유입되는 엔진오일로 구성되며, 상기 열교환기(100)를 통해 변속기오일과 엔진오일을 냉각수와 상호 열교환시켜 변속기오일 및 엔진오일의 온도를 조절하게 된다.

이러한 열교환기(100)는, 도 2에서 도시한 바와 같이, 크게 방열부(110)와 분기부(120)를 포함하여 구성되며, 이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 방열부(110)는 다수개의 플레이트(112)가 적층되어 내부에 교번적으로 각기 다른 연결유로(114)를 형성하게 된다.

상기 각각의 연결유로(114)에는 각기 다른 작동유체인 냉각수, 변속기오일, 및 엔진오일이 각각 유입되어 상기 각 연결유로(114)를 통과하면서 상호 열교환이 이루어진다.

또한, 상기 각 연결유로(114) 중 하나의 연결유로는 공급된 각 작동유체가 각각 별도로 순환되도록 구획된다.

여기서, 상기 방열부(110)는 냉각수와 변속기오일의 유동을 대향류(counterflow, 對向流) 시켜 상호 열교환시키게 된다.

이와 같이 구성되는 상기 방열부(110)는 복수개의 플레이트(112)가 적층되는 플레이트형(또는, ‘판형’이라고도 함)으로 형성될 수 있다.

그리고 상기 분기부(120)는 상기 방열부(110)에서 각 작동유체를 각각 유입 및 배출시키도록 형성된 복수의 유입홀(116)과 배출홀(118) 중 어느 하나의 유입홀(116)과 배출홀(118)을 상호 연결하며, 유입된 작동유체의 온도에 따라 작동유체를 방열부(110)의 통과 없이 바이패스시키도록 방열부의 외부에 장착된다.

본 실시예에서, 상기 각 유입홀(116)은 방열부(110)의 길이방향으로 일면 양측에 각각 형성되는 제1, 제2, 제3 유입홀(116a, 116b, 116c)로 구성된다.

그리고 상기 각 배출홀(118)은 상기 제1, 제2, 제3 유입홀(116a, 116b, 116c)에 대응하여 상기 방열부(110)의 길이방향으로 양측에서 상기 제1, 제2, 제3 유입홀(116a, 116b, 116c)과 각각 이격되게 형성된다.

또한, 상기 각 배출홀(118)은 상기 방열부(110)의 내부에서 각각의 연결유로(114)를 통해 상호 연결되는 제1, 제2, 제3 배출홀(118a, 118b, 118c)을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 유입홀(116a)과 제1 배출홀(118a)은 상기 방열부(110)의 일면에서 대각선 방향으로 각 모서리부에 형성된다.

본 실시예에서, 상기 제2 유입홀(116b)과 제2 배출홀(118b)은 상기 방열부(110)의 일면에서 구획된 중앙을 기준으로 상기 제1 유입홀(116a)이 형성되는 일측에 대각선 방향으로 형성되며, 상기 제1 유입홀(116a)과 제1 배출홀(118a)에 서로 대향되게 형성된다.

그리고 상기 제3 유입홀(116c)과 제3 배출홀(118c)은 상기 방열부(110)의 일면에서 구획된 중앙을 기준으로 상기 제1 배출홀(118a)이 형성되는 타측에 대각선 방향으로 형성되며, 상기 제1 유입홀(116a)과 제1 배출홀(118a)에 서로 대향되게 형성된다.

한편, 상기 분기부(120)는 연결파이프(122)와 밸브유닛(130)을 포함하여 구성되며, 이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 연결파이프(122)는 상기 방열부(110)의 외부에서 상기 제1 유입홀(116a)과 제1 배출홀(116b)의 사이를 상호 연결하며, 상기 제1 유입홀(116a)에 근접된 위치에 형성되는 유입포트(124)와, 상기 유입포트(124)와 대향되며, 상기 제1 배출홀(118a)에 근접된 위치에 형성되는 배출포트(126)를 갖는다.

그리고 상기 밸브유닛(130)은 상기 제1 유입홀(116a)에 대응하는 상기 연결파이프(122)의 일단부에 장착되어 작동유체의 온도에 따라 이완과 수축이 이루어진다.

이에 따라, 상기 밸브유닛(130)은 유입포트(124)를 통해 유입된 작동유체를 방열부(110)의 통과 없이 배출포트(124)로 직접 바이패스시키거나, 방열부(110)의 제1 유입홀(116a)로 유입시킨 후, 제1 배출홀(118a)로 배출시켜 방열부(110)를 통과시키게 된다.

여기서, 냉각수는 상기 유입포트(124)를 통해 유입되어 상기 밸브유닛(130)의 선택적인 작동에 따라 연결파이프(122)를 통해 배출포트(126)로 바이패스 되거나, 방열부(110)의 제1 유입홀(116a)과 제1 배출홀(118a)을 통해 순환된다.

그리고 변속기오일은 상기 제2 유입홀(116b)과 제2 배출홀(118b)을 통해 순환되며, 엔진오일은 상기 제3 유입홀(116c)과 제3 배출홀(118c)을 통해 순환된다.

이와 같이 구성되는, 상기 제2, 제3 유입홀(116b, 116c)과 제2, 제3 배출홀(118b, 118c)에는 각각 연결포트(P)가 장착되며, 상기 연결포트(P)에 연결호스 또는 연결배관 등을 통해 상기 자동변속기(40), 및 엔진(50)에 각각 연결될 수 있다.

또한, 상기 유입포트(124)와 배출포트(126)는 별도의 연결호스 또는 연결배관 등을 통해 라디에이터(20)에 연결될 수 있다.

한편, 본 실시예에서, 상기 각 연결유로(114)는, 도 3과 도 4에서 도시한 바와 같이, 제1, 제2, 제3 연결유로(114a, 114b, 114c)로 구분되며, 하기에서 이를 더욱 상세히 설명한다.

먼저, 상기 제1 연결유로(114a)는 상기 방열부(110)의 내부에서 상기 제1 유입홀(114a)을 통해 냉각수가 유입되어 이동하게 된다.

상기 제2 연결유로(114b)와 제3 연결유로(114c)는 상기 각 제1 연결유로(114a)와 교번적으로 형성되고, 리브(140)를 통해 구획된다.

여기서, 상기 리브(140)는 제2 연결유로(114b)와 제3 연결유로(114c)를 통해 유동하는 변속기오일과 엔진오일이 혼합되는 것을 방지하도록 상기 방열부(110)의 길이방향을 기준으로 중앙에 형성된다.

즉, 상기 리브(140)는 적층되는 상기 각 플레이트(112)의 길이방향을 기준으로 중앙에 형성되며, 제1 연결유로(114a)를 사이에 두고 형성되는 연결유로를 제2, 제3 연결유로(114b, 114c)로 구획하게 된다.

이에 따라, 상기 제2 연결유로(114b)에는 상기 제2 유입홀(116b)을 통해 유입되는 변속기오일이 이동하게 되고, 상기 제3 연결유로(114c)에는 상기 제3 유입홀(116c)을 통해 유입되는 엔진오일이 이동하게 된다.

그리고 상기 밸브유닛(130)은, 도 5와 도 6에서 도시한 바와 같이, 장착캡(132)과 변형부재(142)를 포함하여 구성되며, 이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 장착캡(132)은 상기 연결포트(124)에 근접한 연결파이프(122)의 일단에 고정 장착된다.

여기서, 상기 장착캡(132)은 일단부가 상기 변형부재(142)에 끼워져 고정되는 삽입부(134)와, 상기 삽입부(134)의 타단에 일단이 일체로 연결되며, 상기 연결파이프(122)의 내주면에 장착되는 장착부(136)로 구성된다.

본 실시예에서, 상기 장착부(136)는 상기 연결파이프(122)의 내주면에 나사 체결되도록 외주면 상에 나사산(N)이 형성되며, 상기 나사산(N)에 대응하여 상기 연결파이프(122)의 내주면은 탭 가공될 수 있다.

또한, 상기 장착부(136)는 타단에 상기 연결파이프(122)의 외측 단부에 일단이 걸려서 고정됨으로써, 상기 장착부(136)가 연결파이프(122)의 내부로 더 이상 삽입되는 것을 방지하기 위한 걸림부(138)가 일체로 형성될 수 있다.

이러한 걸림부(138)는 타단면에 전용공구가 끼워지는 공구홈(139)이 형성되며, 상기 공구홈(139)을 통하여 전용공구가 끼워져 상기 장착캡(132)을 회전시킴으로써, 상기 장착부(136)를 연결파이프(122)에 나사 체결시키게 된다.

한편, 본 실시예에서, 상기 장착부(136)는 상기 삽입부(134)와의 사이에 연결파이프(122)의 내부로 유입된 작동유체가 연결파이프(122)에서 누출되는 것을 방지하기 위한 시일링(141)이 장착된다.

즉, 상기 시일링(141)은 작동유체가 연결파이프(122)에 체결된 장착부(136)의 나사산(N)을 따라 외부로 누출되는 것을 방지하도록 연결파이프(122)의 내주면과 장착부(136)의 외주면 사이를 시일하게 되는 것이다.

그리고 상기 변형부재(142)는 상기 연결파이프(122)의 내부로 삽입된 상기 장착캡(132)에 일단부가 연결되며, 상기 작동유체의 온도에 따라 이완과 수축이 이루어지게 된다.

이러한 변형부재(142)는 그 재질이 작동유체의 온도에 따라 이완 및 수축 변형되는 형상기억합금 소재로 이루어질 수 있다.

여기서, 형상기억합금(Shape Memory Alloy : SMA)은 일정한 온도에서 기억된 형상이 보다 높거나 낮은 온도에서 변형되더라도 다시 형상회복온도까지 냉각하거나 가열하면 원래의 형상으로 복원되는 성질을 갖는 합금이다.

이와 같은 형상기억합금 소재로 이루어지는 변형부재(142)는 고정부(144)와 변형부(146)로 이루어지며, 이를 하기에서 더욱 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 상기 고정부(144)는 길이방향으로 양단부의 설정부분이 온도에 따라 변형되지 않도록 고정되며, 본 실시예에서는 용접을 통해 고정될 수 있다.

이러한 고정부(144)는 상기 연결파이프(122)의 개구된 단부를 향하는 일단부에 상기 장착캡(132)이 연결된다. 여기서, 상기 장착캡(132)은 삽입부(134)가 상기 고정부(144)의 내주면으로 삽입되어 끼워짐으로써, 상기 변형부재(142)에 고정된다.

그리고 상기 변형부(146)는 상기 고정부(144)의 사이에서 작동유체의 온도에 따라 이완 및 수축 변형이 이루어지게 된다.

이러한 변형부재(142)는 원형의 코일 스프링 형상으로 상호 겹쳐져 접촉된 상태로 형성될 수 있다.

한편, 본 실시예에서, 상기 변형부재(142)는 연결파이프(122)의 내부로 삽입된 타단에 연결파이프(122)의 내부에서 슬라이드 이동 가능하게 삽입된 상태로, 연결되는 엔드캡(148)이 장착될 수 있다.

상기 엔드캡(148)은 제1 유입홀(116a)을 폐쇄시킨 상태로 장착된 상기 변형부재(142)가 이완된 상태로 변형 시, 유입포트(124)로 유입된 냉각수가 바이패스 되지 않고 방열부(110)의 제1 연결유로(114a)를 통과한 후, 제1 배출홀(118a)을 통하여 상기 배출포트(126)로 배출되도록 한다.

여기서, 상기 엔드캡(148)은 입력포트(124)를 통해 유입되는 작동유체의 유량에 따라 변화되는 압력에 대응 및 변형부재(142)의 온도 응답성 향상을 위해 유입된 냉각수를 상기 변형부재(142)의 내부로 바이패스(Bypass) 시키는 관통홀(149)이 형성될 수 있다.

즉, 상기 관통홀(149)은 유입된 작동유체의 압력에 의해 상기 변형부재(142)가 파손되는 것을 방지하는 동시에, 상기 변형부재(142)가 작동유체의 온도변화에 빠르게 감응할 수 있도록 상기 변형부재(142)의 내부로 유입되게 작동유체를 유입시키게 되는 것이다.

이와 같이 구성되는 밸브유닛(130)은, 도 7에서 도시한 바와 같이, 설정온도를 갖는 작동유체가 유입되면, 상기 변형부재(142)의 변형부(146)가 이완되면서 변형이 이루어지게 된다.

이에 따라, 상기 변형부재(142)의 변형부(146)는 상호 겹쳐져 접촉된 상태에서 서로 벌어져 각각의 공간(Space : 이하 “S”라 함)을 형성하게 되며, 이 공간(S)들 사이로 작동유체가 유입되는 것이다.

이 때, 상기 각 고정부(144)는 용접에 의해 고정됨으로써, 이완되지 않은 상태를 유지하게 된다.

반대로, 설정온도 이하의 작동유체가 상기 연결파이프(122)로 유입되면, 상기 변형부재(142)는, 다시 도 5에서 도시한 바와 같은 초기상태로 상기 변형부(146)가 수축 변형되며, 상기 각 공간(S)은 폐쇄된 상태를 유지하게 된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기(100)의 작동 및 작용을 상세히 설명한다.

도 8 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기의 단계별 작동 상태도이다.

먼저, 분기부(120)인 상기 연결파이프(122)의 유입포트(124)를 통해 냉각수가 유입될 경우, 냉각수의 수온이 설정수온보다 낮으면, 도 9에서 도시한 바와 같이, 상기 밸브유닛(130)의 변형부재(142)는 변형되지 않고 초기 장착 상태를 유지하게 된다.

그러면, 유입된 냉각수는 상기 방열부(110)의 제1 유입홀(116a)을 통해 제1 연결유로(114a)로 유입되지 않고, 상기 연결파이프(122)를 따라 배출포트(126)로 바로 바이패스 되어 배출된다.

이에 따라, 냉각수는 방열부(110)의 제1 연결유로(114a)로 유입되는 것이 방지된다.

그러면, 변속기오일과 엔진오일은 상기 제2, 제3 유입홀(116b, 116c)을 통해 유입되어 방열부(110)의 제2, 제3 연결유로(114b, 114c)를 각각 통과하게 되지만, 제1 연결유로(114a)로 냉각수가 유입되지 않아 냉각수와의 상호 열교환이 방지된다.

즉, 상기 연결파이프(122)는 차량의 주행 상태나 아이들 모드, 또는 초기 시동과 같이 차량의 상태나 모드에 따라 변속기오일의 웜업이 필요할 경우, 저온상태의 냉각수가 제1 연결유로(114a)로 유입되는 것을 방지하도록 바이패스시킴으로써, 변속기오일과 엔진오일이 냉각수와 열교환을 통해 온도가 저하되는 것을 방지하게 된다.

따라서, 변속기오일과 엔진오일은 웜업된 상태로, 자동변속기(40)와 엔진(50)에 공급됨에 따라, 신속하게 웜업될 수 있으며, 차량의 난방성능을 향상시킬 수 있다.

반대로, 냉각수의 수온이 설정수온보다 높을 경우에는, 도 9에서 도시한 바와 같이, 상기 밸브유닛(130)의 변형부재(142)가 이완 변형되어 변형부(146)의 사이사이에 공간(S)을 형성하게 된다.

그러면, 유입포트(124)로 유입된 냉각수는 상기 각 공간(S)을 통해 제1 유입홀(116a)로 유입되어 방열부(110)의 제1 연결유로(114a)를 통과하게 되며, 상기 제1 배출홀(118a)을 통해 연결파이프(122)로 배출된다.

상기 연결파이프(122)로 배출된 냉각수는 연결파이프(122)의 배출포트(126)를 통해 라디에이터(20)로 배출된다.

이에 따라, 냉각수는 방열부(110)의 제1 연결유로(114a)를 통과하게 된다.

따라서, 상기 제2 유입홀(116b)과 제3 유입홀(116c)을 통해 자동변속기(40)와 엔진(50)으로부터 각각 유입되어 제2, 제3 연결유로(114b, 114c)를 각각 통과하는 엔진오일과 변속기오일은 제1 연결유로(114a)를 통과하는 냉각수와 방열부(110) 내부에서 상호 열교환되어 그 온도가 조절된다.

여기서, 변속기오일과 엔진오일은, 도 11에서 도시한 바와 같이, 상기 제2 유입홀(116b)과 제3 유입홀(116c)을 통해 각각 유입되며, 상기 방열부(110)의 내부에 리브(140)를 통해 구획되어 형성된 제2, 제3 연결유로(114b, 114c)를 각각 통과한 후, 제2 배출홀(118b)과 제3 배출홀(118c)을 통해 각각 배출되어 자동변속기(40)와 엔진(50)으로 순환된다.

이 때, 냉각수와 변속기오일은 제1유입홀(116a)이 제2 유입홀(116b)과 대각선 방향으로 형성됨에 따라, 반대방향으로 유동되면서 상호 열교환된다.

그리고 냉각수와 엔진오일은 제1유입홀(116a)이 제3 유입홀(116c)과 대각선 방향으로 형성됨에 따라, 반대방향으로 유동되어 상호 열교환된다.

이에 따라, 변속기오일과 엔진오일은 냉각수와 보다 효율적으로 열교환이 이루어진다.

따라서, 차량의 주행 시, 토크 컨버터의 작동으로 인해 발생되는 유체 마찰로 발열되어 냉각이 필요한 변속기오일과, 엔진(50)의 작동으로 온도가 상승된 엔진오일은 상기 방열부(110)에서 냉각수와의 상호 열교환을 통해 냉각된 상태로 자동변속기와 엔진(50)으로 각각 공급된다.

즉, 상기 열교환기(100)는 차량의 주행 시, 엔진(17)과 고속으로 회전되는 자동변속기(40)로 냉각된 엔진오일과 변속기오일을 공급함으로써, 자동변속기(40)의 슬립 발생을 방지하고, 엔진(50)의 노킹(Knocking) 및 산패(rancidity, 酸敗) 현상 발생을 방지하게 된다.

또한, 차량의 시동 후, 중고속 운행 시에는 온도 상승이 빠른 냉각수로 상기 방열부(110)에서 열교환을 통해 엔진오일과 변속기오일의 온도를 상승시켜 자동변속기(40)와 엔진(50)으로 공급함으로써, 자동변속기(40)와 엔진(50)에 마찰손실을 저감시켜 연비를 상승시킬 수 있게 된다.

한편, 상기 엔드캡(148)은 유입포트(124)로 유입된 냉각수가 배출포트(126)로 바로 배출되지 않도록 방지하는 동시에, 미소 유량의 냉각수를 관통홀(149)을 통해 배출시킴으로써, 냉각수의 유입압력에 의해 변형부재(142)가 파손되는 것을 방지하게 된다.

따라서, 상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기(100)를 적용하면, 작동유체가 내부에서 상호 열교환을 통한 온도 조절 시, 차량의 주행상태나 초기 시동 조건에 따라 유입되는 작동유체의 온도를 이용해 작동유체의 웜업 기능과 냉각기능을 동시에 수행함으로써, 작동유체의 온도 조절을 효율적으로 수행할 수 있다.

또한, 형상기억합금 소재가 적용된 변형부재(142)를 적용한 간단한 구조의 밸브유닛(142)을 이용해 유입된 작동유체의 온도에 따라 작동유체를 선택적으로 유동시킴으로써, 작동유체의 유동을 정확하게 제어할 수 있으며, 종래 왁스 팽창식 밸브에 비해 구성요소를 간소화하여 제작원가를 절감하는 동시에, 중량을 저감시킬 수 있다.

또한, 열교환 대상인 작동유체 중, 자동변속기(40)의 변속기오일이 포함될 경우 냉시동 시에 마찰 저감을 위한 웜업 기능과, 주행 시 슬립 방지 및 내구 유지를 위한 냉각기능의 동시 수행이 가능하여 연비 및 변속기 내구성을 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기(100)를 설명함에 있어, 각 작동유체가 냉각수와 변속기오일로 이루어지는 것을 일 실시예로 하여 설명하고 있으나, 이에 한정된 것은 아니며, 열교환을 통해 냉각 또는 온도 상승이 필요한 작동유체에는 모두 적용이 가능하다.

그리고 본 발명이 실시예에 따른 차량용 열교환기를 설명하는데 있어, 도면 상에는 다수개의 플레이트(112)가 단순히 적층되어 구성되는 것을 일 실시예로 하여 설명하고 있으나, 이에 한정된 것은 아니며, 열교환기의 장착을 고려하여 일면과 타면에 각각 타 부품과의 접촉에 의한 파손을 방지하거나, 타 부품 또는 엔진룸 내부에 고정시키기 위한 커버, 브라켓 등이 장착될 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100 : 열교환기 110 : 방열부
112 : 플레이트 114 : 연결유로
114a, 114b, 114c : 제1, 제2, 제3 연결유로 116 : 유입홀
116a, 116b, 116c : 제1, 제2, 제3 유입홀 118 : 배출홀
118a, 118b, 118c : 제1, 제2, 제3 배출홀 120 : 분기부
122 : 연결파이프 124 : 유입포트
126 : 배출포트 130 : 밸브유닛
132 : 장착캡 134 : 삽입부
136 : 장착부 138 : 걸림부
139 : 공구홈 140 : 리브
142 : 변형부재 144 : 고정부
146 : 변형부 148 : 엔드캡
149 : 관통홀 P : 연결포트

Claims

다수개의 플레이트가 적층되어 내부에 교번적으로 각기 다른 연결유로를 형성하고, 각기 다른 작동유체가 각각 유입되어 상기 각 연결유로를 통과하면서 상호 열교환이 이루어지며, 상기 각 연결유로 중 하나의 연결유로는 공급된 각 작동유체가 각각 별도로 순환되도록 구획되는 방열부; 및
상기 방열부에서 각 작동유체를 각각 유입 및 배출시키도록 형성된 복수의 유입홀과 배출홀 중 어느 하나의 유입홀과 배출홀을 상호 연결하며, 유입된 작동유체의 온도에 따라 작동유체를 상기 방열부를 통과시키지 않고 바이패스시키도록 상기 방열부의 외부에 장착되는 분기부;
를 포함하는 차량용 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 각 유입홀은 상기 방열부의 길이방향으로 일면 양측에 각각 형성되는 제1, 제2, 및 제3 유입홀을 포함하며,
상기 각 배출홀은 상기 제1, 제2, 및 제3 유입홀에 대응하여 상기 방열부의 길이방향으로 양측에서 상기 제1, 제2, 및 제3 유입홀과 각각 이격되게 형성되며, 상기 방열부의 내부에서 각각의 연결유로를 상호 연결되는 제1, 제2, 제3 배출홀을 포함하는 차량용 열교환기.
제2항에 있어서,
상기 제1 유입홀과 제1 배출홀은
상기 방열부의 일면에서 대각선 방향으로 각 모서리부에 형성되는 차량용 열교환기.
제2항에 있어서,
상기 제2 유입홀과 제2 배출홀은
상기 방열부의 일면에서 구획된 중앙을 기준으로 상기 제1 유입홀이 형성되는 일측에 대각선 방향으로 형성되며, 상기 제1 유입홀과 제1 배출홀에 서로 대향되게 형성되는 차량용 열교환기.
제2항에 있어서,
상기 제3 유입홀과 제3 배출홀은
상기 방열부의 일면에서 구획된 중앙을 기준으로 상기 제1 배출홀이 형성되는 타측에 대각선 방향으로 형성되며, 상기 제1 유입홀과 제1 배출홀에 서로 대향되게 형성되는 차량용 열교환기.
제2항에 있어서,
상기 분기부는
상기 방열부의 외부에서 상기 제1 유입홀과 제1 배출홀의 사이를 상호 연결하며, 상기 제1 유입홀에 근접된 위치에 형성되는 유입포트와, 상기 유입포트와 대향되며, 상기 제1 배출홀에 근접된 위치에 형성되는 배출포트를 갖는 연결파이프; 및
상기 제1 유입홀에 대응하는 상기 연결파이프의 일단부에 장착되어 작동유체의 온도에 따라 이완과 수축이 이루어져 상기 유입포트를 통해 유입된 작동유체를 상기 배출포트로 직접 바이패스시키거나 상기 방열부로 유입시키는 밸브유닛;
을 포함하는 차량용 열교환기.
제6항에 있어서,
상기 밸브유닛은
상기 연결파이프의 일단에 고정 장착되는 장착캡; 및
상기 연결파이프의 내부로 삽입된 상기 장착캡에 일단부가 연결되며, 상기 작동유체의 온도에 따라 이완과 수축이 이루어지는 변형부재;
를 포함하는 차량용 열교환기.
제6항에 있어서,
상기 변형부재는
그 재질이 작동유체의 온도에 따라 이완 및 수축 변형되는 형상기억합금 소재인 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
제6항에 있어서,
상기 변형부재는
원형의 코일 스프링 형상으로 상호 겹쳐져 접촉된 상태로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
제6항에 있어서,
상기 변형부재는
길이방향으로 양단부의 설정부분이 온도에 따라 변형되지 않도록 고정되는 고정부; 및
상기 각 고정부의 사이에서 작동유체의 온도에 따라 이완 및 수축 변형이 이루어지는 변형부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
제6항에 있어서,
상기 장착캡은
일단부가 상기 변형부재에 끼워져 고정되는 삽입부; 및
상기 삽입부의 타단에 일단이 일체로 연결되며, 상기 연결파이프의 내주면에 장착되는 장착부;
를 포함하는 차량용 열교환기.
제11항에 있어서,
상기 장착부는
상기 연결파이프의 내주면에 나사 체결되도록 외주면 상에 나사산이 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
제11항에 있어서,
상기 장착부는
타단에 상기 메인 바디의 외측 단부에 걸려서 고정되는 걸림부가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
제11항에 있어서,
상기 걸림부는
타단면에 공구홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
제11항에 있어서,
상기 장착부는
상기 삽입부와의 사이에 작동유체가 상기 연결파이프에서 누출되는 것을 방지하기 위한 시일링이 장착되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
제6항에 있어서,
상기 변형부재는
타단에 상기 연결파이프의 내부에서 슬라이드 이동 가능하게 삽입된 상태로, 연결되는 엔드캡이 장착되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
제16항에 있어서,
상기 엔드캡은
상기 입력포트를 통해 유입되는 작동유체의 유량에 따라 변화되는 압력 대응 및 변형부재의 온도 응답성 향상을 위해 유입된 작동유체를 상기 변형부재의 내부로 바이패스(Bypass)시키는 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
제2항에 있어서,
상기 각 작동유체는
라디에이터로부터 유입되는 냉각수와, 자동변속기로부터 유입되는 변속기오일과, 엔진으로부터 유입되는 엔진오일로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
제18항에 있어서,
상기 냉각수는 제1 유입홀과 제1 배출홀을 통해 순환되고, 상기 변속기오일은 제2 유입홀과 제2 배출홀을 통해 순환되며, 상기 엔진오일은 제3 유입홀과 제3 배출홀을 통해 순환되고,
상기 각 연결유로는
상기 방열부의 내부에서 상기 제1 유입홀을 통해 냉각수가 유입되어 이동하는 제1 연결유로와, 상기 각 제1 연결유로와 교번적으로 형성되고, 리브를 통해 구획되어 상기 제2 유입홀을 통해 유입되는 변속기오일이 이동하는 제2 연결유로와 상기 제3 유입홀을 통해 유입되는 엔진오일이 이동하는 제3 연결유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
제19항에 있어서,
상기 리브는
상기 제2 연결유로와 제3 연결유로를 통해 유동하는 변속기오일과 엔진오일이 혼합되는 것을 방지하도록 상기 방열부의 길이방향을 기준으로 중앙에 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 방열부는
각 작동유체의 유동을 대향류(counterflow, 對向流) 시켜 상호 열교환시키는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 방열부는
복수개의 플레이트가 적층되는 플레이트형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환기.