KR20160013087A - 방열기 및 이 방열기와 관련된 열관리 회로 - Google Patents

방열기 및 이 방열기와 관련된 열관리 회로 Download PDF

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KR20160013087A
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카멜 아조
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발레오 시스템므 떼르미끄
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Abstract

본 발명은 제 1 열전달 유체 내에 포함되고, 자동차의 열관리 회로(1) 내에 위치되도록 의도된 열 에너지를 방산하기 위한 방열기(7)에 관한 것이다. 상기 방열기(7)는 제 1 열전달 유체용 적어도 하나의 입구 컨테이너(70), 제 1 열전달 유체용 적어도 하나의 출구 컨테이너, 및 제 1 열전달 유체와 제 2 열전달 유체 사이의 열교환면(72)을 포함하고, 제 1 열전달 유체용 적어도 하나의 입구 컨테이너(70) 및/또는 적어도 하나의 출구 컨테이너는 상변화 물질(15)을 포함한다.

Description

방열기 및 이 방열기와 관련된 열관리 회로{HEAT DISSIPATOR AND ASSOCIATED THERMAL MANAGEMENT CIRCUIT}
본 발명은 자동차, 특히 엔진 및 차실을 위한 열관리 회로에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 열관리 루프 내에 위치된 분산기 타입의 열교환기에 관한 것이다.
자동차 분야에 있어서, 열관리 회로는 2개의 열조절 루프를 포함할 수도 있다. 이 2개의 열조절 루프는 대략 80℃ 내지 120℃의 고온 수단을 구비하는 순환하는 열전달 유체를 갖는 고온(HP) 루프로 불리는 제 1 루프와, 대략 30℃ 내지 80℃의 저온 수단을 구비하는 순환하는 열전달 유체를 갖는 저온(BT) 루프로 불리는 제 2 루프이다.
일반적으로 말하면, 열조절 루프는,
- 열원의 열 에너지를 포획하기 위해, 그리고 이 열 에너지를 제 1 열전달 유체로 전달하기 위해, 열원에 위치된 제 1 열교환기, 및
- 제 1 열전달 유체로부터 제 2 열전달 유체를 향해, 일반적으로 자동차의 외측 대기를 향해 열 에너지를 방출하는 분산기의 역할을 하는 제 2 열교환기를 포함한다.
고온 루프의 경우에, 제 1 교환기는 연소 기관에 위치되고, 분산기의 역할을 하는 제 2 열교환기는 라디에이터이고, 자동차 전방면에 위치된다.
저온 루프의 경우에, 제 1 교환기는 차지 공기 쿨러(RAS) 및/또는 공기조화 시스템의 물 응축기일 수도 있다. 한편, 분산기의 역할을 하는 제 2 열교환기는 자동차의 차실로 들어가는 공기 스트림 내에 위치되고, RAS 및/또는 물 응축기에 연결된다.
방열기는 자동차 제조업자에 의해 도입된 규격에 따라 극한 조건 하에서 충분한 열을 견디고, 이를 방산하기 위해 일반적으로 오버-사이즈화된다. 따라서, 분산기는 그들이 평균적으로 부딪치고 부분 전력으로 소위 정상 조건 하에서 작동하는 열적 필요조건을 매우 초과하는 이론상의 최대 열적 필요조건을 충족하기 위해 크기설정된다.
따라서, 이러한 규격 때문에, 분산기는 대규모의 공간을 차지하고, 다량의 무게를 처리한다.
따라서, 본 발명의 목적 중 하나는 종래 기술의 문제점을 적어도 부분적으로 개선하고, 보다 작은 사이즈를 갖지만 동일하게 효율적인 향상된 방열기를 제안하는 것이다.
따라서, 본 발명은 제 1 열전달 유체 내에 수납되고, 자동차의 열관리 회로 내에 위치되도록 구성된 열에너지를 방산하기 위한 방열기에 관한 것이고, 상기 방열기는 제 1 열전달 유체용 적어도 하나의 입구 컨테이너, 제 1 열전달 유체용 적어도 하나의 출구 컨테이너, 및 제 1 열전달 유체와 제 2 열전달 유체 사이의 열교환면을 포함하고, 제 1 열전달 유체용 적어도 하나의 입구 컨테이너 및/또는 적어도 하나의 출구 컨테이너는 상변화 물질을 포함한다.
방열기 내에서의 상변화 물질의 사용은 방열기의 효율성을 향상시킬 수 있고, 보다 작은 사이즈이지만 획득된 보다 큰 사이즈의 다른 방열기와 유사한 효율성을 갖는 방열기를 허용한다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 상변화 물질은 제 1 열전달 유체용 적어도 하나의 입구 컨테이너 및/또는 적어도 하나의 출구 컨테이너의 벽 내에 합체된다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 상변화 물질은 제 1 열전달 유체용 적어도 하나의 입구 컨테이너(70) 및/또는 적어도 하나의 출구 컨테이너 내에 위치된 상변화 물질(15)의 캡슐의 형태를 갖는다.
제 1 열전달 유체용 적어도 하나의 입구 컨테이너 및/또는 적어도 하나의 출구 컨테이너 내의 상변화 물질의 통합은 방열기의 사이즈가 증가하는 것을 회피할 수 있게 한다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 상변화 물질의 캡슐을 포함하는 제 1 열전달 유체용 적어도 하나의 입구 컨테이너 및/또는 적어도 하나의 출구 컨테이너는 제 1 열전달 유체용 상기 입구 컨테이너 및/또는 상기 출구 컨테이너 내에서 상기 상변화 물질의 캡슐을 보유하기 위한 보유 수단을 포함한다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 보유 수단은 열교환면의 입구 및/또는 출구와, 제 1 열전달 유체용 적어도 하나의 입구 컨테이너의 입구 및/또는 제 1 열전달 유체용 적어도 하나의 출구 컨테이너의 출구에 위치된다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 제 1 열전달 유체용 적어도 하나의 입구 컨테이너 및/또는 적어도 하나의 출구 컨테이너 내에 상기 상변화 물질의 캡슐을 보유하기 위한 보유 수단은 그리드(grid)이다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 제 1 열전달 유체용 적어도 하나의 입구 컨테이너 및/또는 적어도 하나의 출구 컨테이너 내에 상기 상변화 물질의 캡슐을 보유하기 위한 보유 수단은 필터이다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 상변화 물질의 캡슐은 발유 및/또는 발수 표면 처리를 포함한다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 상변화 물질은 280kJ/㎥ 이상의 잠열을 갖는다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 상변화 물질은 47℃ 내지 55℃의 상변화 온도를 갖는다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 상변화 물질은 80℃ 내지 110℃의 상변화 온도를 갖는다.
또한, 본 발명은 상술된 바와 같은 방열기를 포함하는 열관리 회로에 관한 것이고, 상기 방열기는 저온 루프로 알려진 열조절 루프 내에 배열되고, 열전달 유체는 30℃ 내지 80℃의 평균 온도를 갖는다.
또한, 본 발명은 상술된 바와 같은 방열기를 포함하는 열관리 회로에 관한 것이고, 상기 방열기는 고온 루프로 알려진 열조절 루프 내에 배열되고, 열전달 유체는 80℃ 내지 120℃의 평균 온도를 갖는다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 비한정 및 설명적인 예, 및 첨부 도면에 의해 주어진 이하의 상세한 설명을 읽음으로써 보다 명백해질 것이다.
도 1은 고온 루프의 개략도,
도 2는 저온 루프의 개략도,
도 3은 방열기의 개략적인 단면도,
도 4는 방열기의 개략적인 확대 사시도,
도 5는 다양한 타입의 차지 공기 쿨러의 출구에서의 차지 공기 온도의 상승을 도시하는 곡선.
다양한 도면에서, 동일한 요소는 동일한 도면 부호를 부여한다.
도 1은 열관리 회로(1)의 제 1 예, 특히 고온 루프의 개략도를 도시한다.
고온 루프는 이 경우에, 연소 기관(3)인 열원을 포함하고, 상기 연소 기관(3)의 열 에너지를 제 1 열전달 유체, 예를 들면 냉각액으로 전달하기 위해, 이 열 에너지를 포획하는 열교환기(4)가 연소 기관(3) 상에 설치된다. 제 1 열전달 유체는 고온 조절 루프 내에서 방열기(7)를 향해 순환한다. 방열기(7)에서, 제 1 열전달 유체는 열 에너지를 제 2 열전달 유체, 일반적으로 자동차 외측의 대기로 전달한다. 그 다음에, 제 1 열전달 유체는 열교환기(4)를 향해 복귀된다. 펌프(5)는 고온 루프 내에서 제 1 열전달 유체의 순환을 허용한다.
이러한 타입의 고온 루프에 있어서, 제 1 열전달 유체는 80℃ 내지 120℃의 평균 온도를 구비할 수도 있다.
도 2는 열관리 회로(1)의 제 2 예, 특히 저온 루프의 개략도를 도시한다.
열관리 회로(1)의 본 예에 있어서, 열원은 예를 들면, 차지 공기 쿨러(RAS)(8) 및/또는 공기조화 회로(도시되지 않음)에 연결된 물 응축기(9)일 수도 있다. 방열기(7)는 저온 루프의 경우에, 2개의 패스(7a, 7b)를 포함할 수도 있다. 일반적으로 글리콜화된 물인 제 1 열전달 유체는 RAS(8)에서 차지 공기로부터 발생된 열 에너지를 포획하고, 열 에너지의 일부를 제 2 열전달 유체, 일반적으로 자동차 외측의 대기를 향해 방출하기 위해, 방열기(7)의 제 1 패스(7a)를 통과한다.
그 다음에, 제 1 열전달 유체는 열 에너지를 공기조화 회로(도시되지 않음)와 다시 한번 서로 교환하기 위해, 물 응축기(9) 내로 통과한다. 제 1 열전달 유체는 RAS(8)로 복귀하기 전에, 열 에너지를 제 2 열전달 유체를 향해 다시 한번 방출하기 위해, 방열기(7)를, 그렇지만 제 2 패스(7b)를 다시 한번 통과한다. 저온 루프 내에서의 제 1 열전달 유체의 순환은 펌프(5)에 의해 보장된다.
이러한 타입의 저온 루프에 있어서, 제 1 열전달 유체는 30℃ 내지 80℃의 평균 온도를 구비할 수도 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 방열기(7)는 또한, 제 1 열전달 유체용 적어도 하나의 입구 컨테이너(70)를 포함하고, 제 1 열전달 유체는 상기 제 1 열전달 유체와 제 2 열전달 유체 사이의 열교환면(72) 사이에서 분산되기 위해, 이 입구 컨테이너(70) 내로 도달한다. 또한, 방열기(7)는 열교환면(72)으로부터의 출구에서, 제 1 열전달 유체용 적어도 하나의 출구 컨테이너(도시되지 않음)를 포함한다.
제 1 열전달 유체용의 이 출구 컨테이너는 열교환면(72)으로부터 나오는 냉각된 유체를 수집하고, 이 유체를 상기 방열기(7)의 출구를 향해 안내한다.
저온 루프의 경우에 있어서, 방열기(7)는 각 패스(7a, 7b)를 위한 제 1 열전달 유체용 입구 컨테이너(70), 및 제 1 열전달 유체용 출구 컨테이너를 포함할 수도 있다.
열교환면(72)은 특히, 제 1 열전달 유체가 통과하는 편평한 튜브(72)일 수도 있다. 한편, 제 2 열전달 유체는 상기 편평한 튜브(72) 사이의 공간(74)에서 순환한다.
또한, 방열기(7)는 제 1 열전달 유체용 적어도 하나의 입구 컨테이너(70) 및/또는 적어도 하나의 출구 컨테이너 내에서, 상변화 물질(MCP)(15)을 포함한다. MCP(15)는 제 1 열전달 유체로부터 발생된 열 에너지의 흡수를 허용한다. MCP(15)에 의해 흡수된 이러한 열 에너지는 온도 피크가 존재할 때, 방열기(7)에 의해 더이상 방산되지 않으므로, 상기 방열기는 보다 작은 사이즈를 갖지만 동일하게 효율적일 수도 있다. 제 1 열전달 유체용 적어도 하나의 입구 컨테이너(70) 및/또는 적어도 하나의 출구 컨테이너 내에서의 MCP(15)의 통합은 방열기(7)의 크기가 증가하는 것을 회피할 수 있게 한다.
특히 도 5에 도시된 바와 같이, 이는 시간의 함수로서, 그리고 다양한 타입의 방열기(7)의 함수로서, RAS(8)의 출구에서의 공기 온도의 상승을 도시하는 그래프를 도시한다. 저온 루프 내에서의 방열기(7)의 효율성은 RAS(8)의 출구에서의 차지 공기의 냉각에 대한 방열기(7)의 영향을 측정함으로써 측정될 수도 있다.
제 1 곡선(50)은 종래의 종래 기술 방열기(7)에 연결된 RAS(8)의 출구에서의 시간(t)의 함수에 따른 공기 온도의 상승을 도시한다. 온도 곡선에 4개의 특정 영역이 존재한다는 것에 유의할 것이다.
- 터보차저가 작동하지 않고, RAS(8)의 출구에서의 공기 온도가 일정한 t=0s 내지 t=500s의 안정적인 온도 영역. 테스트 조건 하에서, 이 값은 대략 48℃를 갖는다. 물론, 이 온도 값은 외기 온도 조건, 그리고 흡기의 온도의 함수에 따라 다양해질 것이다. 따라서, 저온 기후 조건 하에서 이 값은 작아질 수도 있다.
- 고온의 압축된 차지 공기를 RAS(8)로 이송하는 터보차저의 시동에 대응하는, t=500s 내지 t=600s의 온도의 급증 영역.
- 차지 공기로부터의 열 에너지의 방산에 의해 RAS(8)의 작동의 효과에 대응하는, t=600s 내지 t=850s의 대략 60℃의 값으로 차지 공기 온도의 안정화의 영역. 물론, 이 온도 값은 저온 루프의 효율성, 따라서 방열기(7)의 효율성의 함수이다.
- 터보차저의 운전정지 때문에, 제 1 영역의 것과 동일한 RAS(8)의 출구에서의 공기 온도의 안정적인 온도로 복귀의 t=850s 및 t=1000s 사이의 영역.
한편, 제 2 곡선(52)은 이전의 방열기와 동일한 사이즈를 갖고, MCP(15)를 포함하는 방열기(7)에 연결된 RAS(8)의 출구에서의 공기 온도의 상승에 대응한다. 아주 약간의 차이를 갖고, 동일한 특정 영역이 나타낸다.
- 안정화 영역은 열 에너지를 흡수하고 방열기(7)의 효율성을 증가시키는 MCP(15)의 작용 때문에 대략 54℃ 내지 57℃의 보다 저온에서 발생한다.
- 공기 온도의 안정적인 온도로의 복귀의 영역은 MCP(15)에 의해 흡수된 열 에너지의 점진적인 방산 때문에, 터보차저의 운전정지 후에 t=850s 내지 t=1400s로 보다 길어지고 점진적이다.
제 3 곡선(54)은 MCP(15)를 포함하지만, 이전의 방열기보다 약 30% 정도 작은 방열기(7)에 연결된 RAS(8)의 출구에서의 공기 온도의 상승에 대응한다. 따라서, 이하의 내용이 유의될 것이다.
- 안정화 영역은 곡선(50)으로 도시된 MCP(15) 없는 제 1 방열기(7)의 것과 동일하다.
- 터보차저의 운전정지 후에 공기 온도의 안정 온도로의 복귀의 영역은 MCP(15)에 의해 흡수된 열 에너지의 점진적인 방산 때문에, t=850s 내지 t=1100s로 길어지고 점진적이다.
따라서, MCP(15)의 추가에 의해서 보다 작은 사이즈, 보다 큰 사이즈의 다른 방열기의 것과 유사한 효율성의 방열기(7)를 획득하는 것이 가능하다.
예를 들어, MCP(15)는 차지 공기용 적어도 하나의 입구 컨테이너 및/또는 적어도 하나의 출구 컨테이너의 실제 벽 내로 통합될 수도 있다.
또한, MCP(15)는 중합체 재료의 보호층으로 덮여진 상변화 물질의 캡슐의 형태일 수도 있다. MCP(15)의 이러한 타입의 캡슐은 당업자에게 매우 친숙하다. 사용된 MCP(15)는 특히, 중합체 재료의 보호층으로 덮여진 랜덤 형태, 예를 들면 구형, 반구형 또는 무정형의 형태의 압출 또는 중합된 MCP(15)일 수도 있다. MCP(15)의 캡슐은 바람직하게, 0.5㎜ 내지 8㎜의 직경을 구비한다. 제 1 열전달 유체는 액체, 저온 루트를 위한 글리콜화된 물 및 고온 루프를 위한 냉각액이고, MCP(15)의 캡슐은 또한 그들의 산화 내성을 향상하도록 발유 및/또는 발수 표면 처리를 포함할 수도 있다.
고온 루프 타입의 열관리 회로(1) 내에서 사용 온도 범위 때문에, 사용된 MCP(15)는 특히, 80℃ 내지 110℃의 상변화 온도를 가질 수도 있다. 유사하게, 저온 루프 타입의 열관리 회로(1)에 있어서, 사용된 MCP(15)는 특히, 47℃ 내지 55℃의 상변화 온도를 구비할 수도 있다.
게다가, 사용된 MCP(15)는 유리하게, 최적의 효율성을 제공하기 위해서 280kJ/㎥ 이상의 잠열을 구비할 수도 있다.
MCP(15)가 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 캡슐의 형태인 경우, MCP(15)의 캡슐을 포함하는 차지 공기용 적어도 하나의 입구 컨테이너(70) 및/또는 적어도 하나의 출구 컨테이너는 차지 공기용 상기 입구 컨테이너(70) 및/또는 상기 출구 컨테이너 내에 상기 MCP(15)의 캡슐을 보유하기 위한 수단(76)을 포함한다.
보유 수단(76)은 바람직하게, MCP(15)의 캡슐이 열교환면(72) 사이로 들어가지 않고, 차지 공기 스트림을 차단 또는 방해하지 않기 위해, 열교환면(72)의 입구 및/또는 출구에 위치된다. 또한, 보유 수단(76)은 차지 공기용 적어도 하나의 입구 컨테이너(70)의 입구 및/또는 차지 공기용 적어도 하나의 출구 컨테이너의 출구에 위치되어, 캡슐이 RAS(8)와 터보차저(3) 사이의 도관 내로 또는 연소 실린더(5)를 향해 빠져 나가지 않는다.
보유 수단(76)은 예를 들면, MCP(15)의 캡슐의 직경보다 작은 메쉬를 구비하는 그리드일 수도 있고, 또는 대안적으로, 다공성 디퓨저 타입의 필터일 수도 있다.
열교환면(72)의 입구 및/또는 출구에서, 보유 수단(76)은 도 3에 도시된 제 1 실시예에 따라, 열교환면(72)을 갖는 차지 공기용 적어도 하나의 입구 컨테이너(70) 및/또는 적어도 하나의 출구 컨테이너 사이의 전체 표면을 덮을 수도 있다. 도 4에 도시된 제 2 실시예에 따르면, 보유 수단(76)은 차지 공기가 순환하는 공간(73)만을 덮는다.
본 발명에 따른 방열기(7)는 그 내부에 상변화 물질(15)이 존재하기 때문에, 차지 공기의 향상된 냉각을 허용한다. 따라서, 종래의 방열기(7)만큼 동일하게 효율적인 본 발명에 따른 방열기(7)는 사이즈가 보다 작아질 수도 있다.

Claims (13)

  1. 제 1 열전달 유체 내에 수납되고, 자동차의 열관리 회로(1) 내에 위치되도록 구성된 열 에너지를 방산하기 위한 방열기(7)로서,
    상기 방열기(7)는 상기 제 1 열전달 유체용의 적어도 하나의 입구 컨테이너(70), 상기 제 1 열전달 유체용의 적어도 하나의 출구 컨테이너 및 상기 제 1 열전달 유체와 제 2 열전달 유체 사이의 열교환면(72)을 포함하는, 상기 방열기(7)에 있어서,
    상기 제 1 열전달 유체용의 적어도 하나의 입구 컨테이너(70) 및/또는 적어도 하나의 출구 컨테이너는 상변화 물질(15)을 포함하는 것을 특징으로 하는
    방열기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상변화 물질(15)은 상기 제 1 열전달 유체용의 적어도 하나의 입구 컨테이너(70) 및/또는 적어도 하나의 출구 컨테이너의 벽 내에 합체되는 것을 특징으로 하는
    방열기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 상변화 물질(15)은 상기 제 1 열전달 유체용의 적어도 하나의 입구 컨테이너(70) 및/또는 적어도 하나의 출구 컨테이너 내에 위치된 상변화 물질(15)의 캡슐의 형태인 것을 특징으로 하는
    방열기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 상변화 물질(15)의 캡슐을 포함하는 상기 제 1 열전달 유체용의 적어도 하나의 입구 컨테이너(70) 및/또는 적어도 하나의 출구 컨테이너는 상기 제 1 열전달 유체용의 상기 입구 컨테이너(70) 및/또는 상기 출구 컨테이너 내에 상기 상변화 물질(15)의 캡슐을 보유하기 위한 보유 수단(76)을 포함하는 것을 특징으로 하는
    방열기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 보유 수단(76)은 상기 열교환면(72)의 입구 및/또는 출구와, 상기 제 1 열전달 유체용의 적어도 하나의 입구 컨테이너(70)의 입구 및/또는 상기 제 1 열전달 유체용의 적어도 하나의 출구 컨테이너의 출구에 위치되는 것을 특징으로 하는
    방열기.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 열전달 유체용의 적어도 하나의 입구 컨테이너(70) 및/또는 적어도 하나의 출구 컨테이너 내에 상기 상변화 물질(15)의 캡슐을 보유하기 위한 보유 수단(76)은 그리드인 것을 특징으로 하는
    방열기.
  7. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 열전달 유체용의 적어도 하나의 입구 컨테이너(70) 및/또는 적어도 하나의 출구 컨테이너 내에 상기 상변화 물질(15)의 캡슐을 보유하기 위한 보유 수단(76)은 필터인 것을 특징으로 하는
    방열기.
  8. 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상변화 물질(15)의 캡슐은 발유 및/또는 발수 표면 처리를 포함하는 것을 특징으로 하는
    방열기.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상변화 물질(15)은 280kJ/㎥ 이상의 잠열을 갖는 것을 특징으로 하는
    방열기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 상변화 물질(15)은 47℃ 내지 55℃의 상변화 온도를 갖는 것을 특징으로 하는
    방열기.
  11. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상변화 물질(15)은 80℃ 내지 110℃의 상변화 온도를 갖는 것을 특징으로 하는
    방열기.
  12. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 방열기(7)를 포함하는 열관리 회로(1)에 있어서,
    상기 방열기(7)는 저온 루프로 알려진 열조절 루프 내에 배열되고, 상기 제 1 열전달 유체는 30℃ 내지 80℃의 평균 온도를 갖는
    열관리 회로.
  13. 제 1 항 내지 제 9 항 및 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 방열기(7)를 포함하는 열관리 회로(1)에 있어서,
    상기 방열기(7)는 고온 루프로 알려진 열조절 루프 내에 배열되고, 상기 제 1 열전달 유체는 80℃ 내지 120℃의 평균 온도를 갖는
    열관리 회로.
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