KR20160041451A - 차량용 축열기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 축열기에 관한 것으로, 상판과 하판으로 이루어진 판형 튜브가 다수 적층되어 열교환기가 구성되고, 그 열교환기와 내측케이스 사이에 열저장물질이 충진되며, 내측케이스를 진공단열재가 감싸고, 그 외측으로 외측케이스가 마련되는 구조로 이루어진다. 열교환 성능 및 축열 성능이 향상된다.

Description

차량용 축열기{Regenerator for vehicle}
본 발명은 차량용 축열기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진 및 배기가스의 열을 냉각수를 이용하여 회수/저장하였다가 냉간 시동 및 난방에 사용할 수 있도록 하는 차량용 축열기에 관한 것이다.
차량의 엔진은 연료를 연소시켜 발생한 열에너지를 기계적 에너지로 전환하는 기관이다.
그러나, 엔진 자체에서 발산되는 열 및 연소 배기가스의 형태로 배출되는 열 에 의해 많은 양의 에너지 손실이 발생하므로 이러한 폐열 에너지를 냉각수를 이용하여 흡수하고, 이를 난방에 이용하고 있다.
그런데, 엔진이 충분히 가열되기 전에는 냉각수의 온도가 낮아서 폐열의 활용도가 낮으므로, 축열기를 이용하여 엔진 및 배기가스의 열을 흡수하여 두었다가 냉간 시동 성능을 향상시키고 시동 초기의 즉시 난방이 가능하도록 하는 기술이 본 출원인의 선출원인 대한민국 특허출원 제10-2014-0091203호와 같이 개발되었다.
상기 선행기술은 축열기를 주요 구성으로 포함하는바, 축열기의 성능이 냉간 시동 성능과 즉시 난방 성능을 좌우하게 되므로 보다 축열 성능이 우수한 다양한 구조의 축열기 개발이 요구되고 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 요구에 의하여 발명된 것으로, 축열 및 열교환 성능이 보다 우수한 새로운 구조의 차량용 축열기를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 냉각수가 경유하는 열교환기와, 상기 열교환기가 수용되는 내측케이스와, 상기 열교환기와 내측케이스 사이에 충진되는 열저장물질과, 상기 내측케이스를 수용하는 외측케이스 및 상기 내측케이스와 외측케이스 사이에 형성된 단열공간을 포함하고, 상기 열교환기는 상판과 하판으로 이루어진 판형 튜브가 상호 연통되는 상태로 다수 적층되어 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 판형 튜브의 사이에 냉각핀이 형성된다.
상기 판형 튜브의 상판과 하판에 유입구와 배출구를 포함하는 연결부가 돌출 형성되고, 상측 판형 튜브와 하측 판형 튜브는 상기 연결부가 상호 연결되는 구조로 적층된다.
상기 판형 튜브에는 상기 유입구와 배출구 사이를 차단하는 배플이 형성된다.
상기 판형튜브에서 배플에 의해 구획된 양측 공간에 냉각수 흐름과 충돌하는 다수의 원형비드가 형성된다.
상기 판형튜브에서 배플에 의해 구획된 양측 공간의 연결부에 냉각수 흐름을 부드럽게 유도해주는 곡선비드가 형성된다.
상기 판형튜브의 상판과 하판에 각각 탭과 탭이 삽입되는 고정홈이 형성된다.
상기 열교환기의 상면에 유입구 및 배출구와 연결되는 파이프 삽입공이 형성된 암플랜지가 장착되고, 상기 내측케이스의 상부 개구부를 커버하는 내측케이스커버의 저면에 입구관과 출구관을 구비한 수플랜지가 형성되며, 상기 암플랜지와 수플랜지는 내측케이스커버 조립시 상호 결합되어 냉각수 유입경로와 배출경로를 형성한다.
상기 암플랜지와 수플랜지의 접촉면 사이와, 입구관 및 출구관과 그에 대응되는 파이프 삽입공의 접촉면 사이에 각각 오링이 설치된다.
상기 입구관과 출구관이 인접 배치되어 내측케이스커버를 감싸는 진공단열재커버에 입구관과 출구관으로 인한 비단열면적이 감소된다.
상기 열저장물질은 PCM(Phase change material; 상변화물질)을 사용할 수 있다.
상기 내측케이스와 외측케이스 사이의 단열공간에 내측케이스를 둘러싸는 진공단열재가 설치된다.
상기 내측케이스의 외주 표면에 진공단열재의 내주 표면에 접촉되는 리브가 돌출 형성된다.
상기 내측케이스의 외주 표면에 외측케이스의 내주 표면에 접촉되는 리브가 돌출 형성된다.
상기 리브는 다수의 가로부재 및 세로부재가 교차하여 격자 형상을 이룰 수 있다.
상기 내측케이스의 저면에 열저장물질을 주입하기 위한 주입구가 관통 형성된다.
상기 주입구는 열저장물질의 주입이 완료된 후, 스크류가 체결되어 봉쇄된다.
상기 외측케이스의 상부 개구부를 덮는 외측케이스커버에는 입구관과 출구관이 각각 관통되는 파이프홀이 형성된다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따르면, 종래의 축열기와는 다른 새로운 구조의 축열기가 제공된다.
상기 축열기는 전술한 바와 같이 보다 향상된 열교환 성능 및 축열 성능을 가지므로 차량의 냉각수 라인에 설치되었을 때 냉각수로부터 많은 양의 열을 흡수하고, 장시간 보관할 수 있으며, 필요할 때 많은 양의 열을 냉각수로 방출할 수 있다.
따라서, 냉간 시동 성능과 즉시 난방 성능이 보다 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 축열기의 사용 상태 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 축열기의 구성을 나타낸 전개 사시도.
도 3은 본 발명의 일 구성인 열교환기의 사시도.
도 4는 상기 열교환기를 구성하는 판형 튜브의 사시도.
도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선 단면도로서, 판형 튜브의 단면도이고, 동일한 구조의 판형 튜브가 적층된 상태를 도시한 도면.
도 6은 도 4의 A부 확대도로서, 판형 튜브의 상판과 하판의 결합부 구조를 도시한 사시도.
도 7은 도 4의 Ⅶ-Ⅶ선 단면도로서, 판형 튜브의 내부 모습을 도시한 단면도.
도 8은 상기 열교환기가 내장된 내측케이스의 사시도.
도 9는 상기 내측케이스의 커버를 뒤집어 도시한 사시도.
도 10은 상기 내측케이스를 뒤집어 도시한 사시도.
도 11은 상기 내측케이스가 진공단열재로 감싸여진 상태를 도시한 사시도.
도 12는 상기 내측케이스와 진공단열재가 내장된 외측케이스의 사시도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 축열기의 사용 상태 예시도로서, 도시된 바와 같이, 축열기(100)는 엔진(10)과 배기열회수장치(20) 및 히터(30)를 연결하는 냉각수 라인중 배기열회수장치(20)와 히터(30)를 연결하는 라인에 병렬로 설치된다. 그 분기점에는 쓰리웨이밸브(40)가 설치되어, 냉각수가 직접 히터(30)로 유입되는 라인과 축열기(100)를 거치는 라인을 선택적으로 개폐할 수 있도록 되어 있다.
따라서, 냉각수의 온도가 높을 때 축열기(100) 라인을 개방하여 축열기(100)에 열을 저장하고, 이후 엔진 장시간 정지 후, 엔진이 다시 시동될 때 축열기(100) 라인을 다시 개방하여 축열기(100)에 저장된 열을 히터(30) 및 엔진(10)으로 보내 냉간 시동이나 즉시 난방에 이용할 수 있다.
상기 도시된 예는 배기열을 회수하는 경우의 예이나, 배기열회수장치(20)가 적용되지 않은 통상적인 엔진-히터 냉각수라인에서도 히터로의 냉각수 유입라인과 축열기를 병렬로 설치하면 엔진 열을 흡수/저장하였다가 동일한 방식으로 사용할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 축열기의 구성을 나타낸 전개 사시도로서, 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 축열기(100)는 냉각수가 경유하는 열교환기(110), 열교환기(110)가 수용되는 내측케이스(120), 열교환기(110)와 내측케이스(120) 사이에 충진되는 열저장물질, 내측케이스(120)를 수용하는 외측케이스(140), 내측케이스(120)와 외측케이스(140) 사이에 형성된 단열공간을 포함한다.
상기 열교환기(110)는 도 3에 도시된 바와 같이, 판형 튜브(111)가 다수 적층되어 구성된다. 열교환기(110)는 단열시 외부와의 열교환 면적을 최소화하기 위해서 원통형으로 제작한다. 따라서, 상기 판형 튜브(111)는 원판 형상을 가진다. 다수의 판형 튜브(111)는 적층 상태에서 상호 연통되어 냉각수가 모든 판형 튜브(111)를 유통할 수 있도록 되어 있다.
도 4 내지 도 7을 참조하여 판형 튜브(111)의 구조를 설명한다. 도시된 바와 같이, 판형 튜브(111)는 상판(111a)과 하판(111b)이 상호 접합되어 이루어진다. 상판(111a)과 하판(111b)의 테두리 부분은 브레이징(brazing ; 경납땜)을 통해 상호 접합된다.
상판(111a)과 하판(111b)의 사이에는 공간이 형성되어 있어서 냉각수가 유동할 수 있도록 되어 있다. 상판(111a)과 하판(111b)에는 각각 원형의 연결부(111c)가 돌출 형성되어 있다.
연결부(111c)는 상호 인접한 좌우 한 쌍으로 형성되어 일측은 냉각수 유입구(111ca)로 사용되고, 타측은 냉각수 배출구(111cb)로 사용된다.
판형 튜브(111) 적층시에는 상측 판형 튜브와 하측 판형 튜브의 대응되는 연결부(111c)가 상호 결합된다. 이를 위해 유입구(111ca)와 배출구(111cb) 중 어느 한쪽에 삽입단(111cc)이 돌출 형성되어 판형 튜브(111) 적층시 대응되는 연결부(111c) 부분에 삽입 결합될 수 있도록 되어 있다. 서로 연결되는 연결부(111c)의 사이는 브레이징되어 누수를 방지한다.
한편, 상기 연결부(111c)의 돌출 높이로 인해 적층된 상/하 판형 튜브(111)의 사이에는 공간이 존재하게 되며, 이 공간에는 판형 튜브(111)의 열교환 면적을 증가시키기 위한 냉각핀(112)이 형성된다. 냉각핀(112)은 상측 판형 튜브 또는 하측 판형 튜브 또는 양자 모두에 형성될 수 있으며, 냉각핀(112)의 사이사이에 빈 공간이 존재한다.
상판(111a)과 하판(111b)을 상호 접합 고정할 때 상판(111a)과 하판(111b)이 서로 가고정 상태를 유지할 수 있도록 상판(111a)과 하판(111b)에는 탭(111da)과 고정홈(111db)이 형성된다. 탭(111da)과 고정홈(111db)은 상판(111a)과 하판(111b)의 테두리 부분에 복수개 형성되고, 상판(111a)과 하판(111b) 양측에 번갈아 형성될 수 있다. 탭(111da)이 고정홈(111db)에 삽입되어 상판(111a)과 하판(111b)이 가고정 상태를 유지하므로 브레이징 작업을 용이하게 실시할 수 있다.
한편, 상판(111a)과 하판(111b)에는 판형 튜브(111)의 내측 공간을 향해 배플(112a), 원형비드(112b), 곡선비드(112c)가 돌출 형성된다.
도 7은 상판(111a)과 하판(111b)에 각각 원형비드(112b)가 형성된 단면 형상을 도시한 것인데, 상기 배플(112a)과 곡선비드(112c)도 이와 같은 방식으로 상판(111a)과 하판(111b) 각각에서 내측 공간으로 돌출된 부분이 상호 맞닿는 형상으로 형성된다.
평면상으로 보면(도 4참조) 상기 배플(112a)은 냉각수 유입구(111ca)와 배출구(111cb)의 사이를 통해 판형 튜브(111)의 테두리 부분에서 내측으로 직선형으로 길게 형성된다. 즉, 배플(112a)은 판형 튜브(111)의 내측 공간을 냉각수가 유입되는 부분과 냉각수가 배출되는 부분으로 구분하여 판형 튜브(111) 내측으로 유입된 냉각수가 유입구(111ca)로부터 배출구(111ca)로 바로 배출되는 것을 막고 배플(112a)을 돌아 소정의 경로를 경유하여 배출될 수 있도록 하고 있다.(도시된 화살표는 냉각수의 흐름 방향을 나타낸다.) 즉, 열교환 패스(pass)의 길이를 충분히 확보하는 것이다.
상기 원형비드(112b)는 배플(112a)의 양측 공간에 각각 다수개 형성된다. 원형비드(112b)는 냉각수 흐름에 있어서 일정 간격으로 다수의 저항(충돌)체로서 작용하게 되는데, 난류 형태를 가지는 냉각수의 유동이 다수의 원형비드(112b)에 반복적으로 충돌하면서 원형비드(112b)의 후방에서 스트림라인을 형성하게 되어 전반적으로 안정적인 층류를 형성하게 된다. 흐름이 안정됨으로써 유입 냉각수가 판형 튜브(111c) 내부에서 전체적으로 고르게 흐를 수 있게 된다.
곡선비드(112c)는 배플(112a)에 의해 구분된 냉각수 유입 공간과 냉각수 배출 공간의 중간에 곡선 형태로 형성되어 냉각수의 흐름을 냉각수 유입 공간으로부터 배출 공간으로 부드럽게 연결해주는 역할을 한다.
상기 배플(112a), 원형비드(112b), 곡선비드(112c)에 의해 냉각수가 판형 튜브(111)의 내부를 안정적인 흐름 상태로, 전체적으로 균일하고 원활하게 흐를 수 있게 됨으로써 열교환 성능이 향상되고, 냉각수 유동에 의한 진동 및 소음이 저감되는 효과가 있다.
상기와 같이 이루어진 열교환기(110)는 도 2와 도 8에 도시된 바와 같이, 내측케이스(120)에 수용된다. 내측케이스(120)는 원통형이며, 열교환기(110)를 삽입할 수 있도록 상부가 개방되어 있고, 열교환기(110) 삽입 후 개구부를 덮어주는 내측케이스커버(125)를 구비한다. 내측케이스(120)와 내측케이스커버(125)는 플라스틱 재질로 제작된다.
내측케이스커버(125)에는 열교환기(110)로 냉각수가 유입 및 배출될 수 있도록 입구관(126)과 출구관(127)이 구비된다.
입구관(126)과 출구관(127)을 열교환기(110)에 연결하기 위하여 암수 한 쌍의 플랜지(210,220)가 사용된다.(도 3, 도 9 참조)
암플랜지(210)는 열교환기(110) 상단의 연결부(111c)에 장착된다. 암플랜지(210)는 알루미늄 재질로서 열교환기(110) 상단에 브레이징되고, 연결부(111c)의 유입구(111ca)와 배출구(111cb)에 연결되는 파이프 삽입공(211,212)이 양측에 형성되어 있다.
파이프 삽입공(211,212)의 사이에는 수플랜지(220)와의 볼트 체결을 위해 볼트공(213)이 형성된다.
암플랜지(210)의 상면 테두리 부분에는 오링(214)이 설치된다. 이 오링(214)은 암플랜지(210)와 수플랜지(220)의 접촉면 사이에서 작용하여 내측케이스(120)의 내부에 충진되는 열저장물질이 냉각수 유로로 침투하는 것을 막아준다.
내측케이스커버(125)의 저면에는 수플랜지(220)가 일체로 형성된다. 수플랜지(220)에는 상기 입구관(126)과 출구관(127)이 하방으로 돌출되도록 관통 설치된다. 입구관(126)과 출구관(127)은 별물로 제작되어 상기 수플랜지(220)에 나사 결합되거나, 또는 내측케이스커버(125) 및 수플랜지(220)와 함께 일체로 사출 성형될 수 있다.
입구관(126)과 출구관(127) 사이에는 암플랜지(210)와의 볼트 체결을 위한 볼트공(128)이 형성된다.
수플랜지(220)의 하방으로 돌출된 입구관(126)과 출구관(127)의 외주에는 각각 오링(123)이 설치된다. 이 오링(123)은 입구관(126)및 출구관(127)과 대응 파이프 삽입공(211,212) 사이에 작용하여 열교환기(110)를 경유하는 냉각수가 열교환기(110) 외부로 누출되는 것을 막아준다.
따라서, 암플랜지(210)가 설치된 열교환기(110)를 내측케이스(120)에 삽입하고, 그 상측 개구부에 수플랜지(220) 및 입구관(126)과 출구관(127)이 구비된 내측케이스커버(125)를 덮으면, 입구관(126)과 출구관(127)이 파이프 삽입공(211,212)에 삽입 연결되어 냉각수 유입경로와 배출경로가 형성된다. 상기 볼트공(128,213)으로 볼트를 삽입 체결하면 암/수 플랜지(210,220)의 결합이 견고해져 상기 오링(123,214)에 의한 냉각수 및 열저장물질의 실링 성능이 향상된다.
이때 상기 암플랜지(210)는 열교환기(110)와 같은 알루미늄 재질이고, 수플랜지(220)는 내측케이스커버(125)와 같은 플라스틱 재질이므로 양자 사이의 열전달이 원활히 이루어지지 않게 됨으로써 축열기(100) 외부로의 열손실이 감소하게 된다.
내측케이스(120)의 외주 표면에는 리브(121)가 돌출 형성된다. 리브(121)는 등간격으로 형성된 다수의 수평리브와 수직리브가 상호 교차되는 형태로 형성되어 있다. 리브(121)는 내측케이스(120)의 외주 표면으로부터 돌출되어 내측케이스(120)와 진공단열재(140;이후 설명)의 사이에 공간을 형성함으로써 이 공간이 단열공간으로 작용할 수 있도록 한다. 이 단열공간은 진공의 공간으로 형성될 수 있다. 단열공간에 의해 내측케이스(120)의 단열성능이 향상됨으로써 축열기(100)의 축열성능이 향상된다.
또한, 리브(121)는 내측케이스(120)의 강성을 향상시킴으로써 내부에 충진된 PCM(상변화물질, 이하에서 설명)의 상변화에 따른 내압을 견딜 수 있도록 해 준다.
상기와 같이 내측케이스(120)와 내측케이스커버(125)의 조립이 끝나면, 내측케이스(120)의 내부로 열저장물질을 주입한다. 이를 위해 내측케이스(120)의 저면에는 도 10과 같이, 주입구(122)가 관통 형성된다.
상기 주입구(122)를 통해 열저장물질을 주입하여 내측케이스(120)의 내부 공간 즉, 열교환기(110)와 내측케이스(120) 사이의 공간에 열저장물질을 충진한다. 열저장물질은 판형 튜브(111)의 냉각핀(112) 사이사이 공간에 완전히 충진된다. 상기 주입구(122)는 열저장물질 주입시 원활한 주입을 위한 공기빼기홀로도 이용된다. 열저장물질의 주입을 완료한 후에는 주입구(122)에 스크류를 체결하여 주입구(122)를 봉쇄한다.
열저장물질로는 PCM(Phase change material; 상변화물질, 상변화시의 잠열을 활용하여 최대한 많은 열량을 저장함)을 이용한다.
상기와 같이 조립된 내측케이스(120)는 도 2 및 도 11과 같이, 진공단열재(130)로 감싸여진다. 진공단열재(VIP; Vacuum insulation panel)는 기밀성이 유지되는 봉지재에 심재를 넣고 내부를 진공상태로 처리한 것으로 기존의 일반 단열재에 비해 매우 우수한 단열 효과를 갖는다.
한편, 내측케이스커버(125)의 상부를 덮는 진공단열재커버(135)는 입구관(126)과 출구관(127) 때문에 내측케이스커버(125)의 상부면 전체를 덮어줄 수 없다. 즉, 진공단열재커버(135)에 입구관(126)과 출구관(127)의 주변부를 둘러싸는 절개부(136)가 형성될 수 밖에 없다.
이는 진공단열재라는 소재 자체의 제조상의 특성에 기인한 것으로, 입구관(126)과 출구관(127) 사이의 빈 공간을 모두 덮어줄 수 있는 정도의 세밀한 형상으로 진공단열재커버(135)를 제조하는 것이 불가하기 때문이다.
따라서, 절개부(136)와 같은 비단열면적(열손실면적)을 최소화하기 위해서는 입구관(126)과 출구관(127)을 최대한 가깝게 형성하는 것이 바람직하며, 이를 위해 판형 튜브(111)의 유입구(111ca)와 배출구(111cb)가 배플(112a)을 사이에 두고 최대한 근접하여 가까이 형성된다.
그러나, 입구관(126)과 출구관(127)이 상호 접촉하는 것은 지양해야 한다. 이 경우 배출 냉각수에 의해 유입 냉각수 열량이 흡수되어 축열기 관점에서 볼 때 유입 열량이 감소하기 때문이다.
상기와 같이 진공단열재(130)로 감싸여진 내측케이스(120)는 도 2 및 도 12와 같이 외측케이스(140)에 삽입 수용된다. 외측케이스(140)에도 외측케이스커버(145)가 씌워지며, 외측케이스커버(145)에는 2개의 파이프홀(146,147)이 형성되어 내측케이스(120)의 입구관(126)과 출구관(127)이 상방으로 노출될 수 있도록 되어 있다. 외측케이스(140)와 외측케이스커버(145)는 플라스틱 재질로 제작된다.
내측케이스(120)와 외측케이스(140)의 사이 공간은 진공단열재(130) 및 진공단열재커버(135)에 의해 채워지는데, 진공단열재(130)와 진공단열재커버(135)가 적용되지 않고, 단순한 빈 공간으로 남겨둘 수도 있다. 이 경우, 내측케이스(120)의 표면에 형성된 리브(121)의 돌출량을 증가시켜 리브(121)가 외측케이스(140)의 내주면에 접촉하도록 함으로써 내측케이스(120)가 외측케이스(140)에 대해 지지되도록 한다. 이때 내측케이스(120)와 외측케이스(140) 사이의 빈 공간은 단열공간으로 작용하게 된다. 단열공간에 의한 단열성능 향상으로 축열기(100)의 축열성능이 향상됨은 전술한 바와 같다. 단열공간을 진공으로 형성할 경우 단열성능은 더욱 향상된다.
한편, 상기 진공단열재(130)와 진공단열재커버(135)는 각각 외측케이스(140)와 외측케이스커버(145)에 인서트 사출되어 일체로 형성될 수 있다. 이 경우, 축열기(100)의 조립이 간편해진다.
상기와 같이, 본 발명에 따른 축열기(100)는 열저장 성능이 우수한 PCM을 이용하여 냉각수의 열을 흡수, 저장한다.
냉각수와 PCM 사이의 열교환을 위해 설치되는 열교환기(110)는 축열기(100)의 가장 내부에 위치하여 외부로의 열손실을 최소화하고 있다.
특히, 열교환기(110)가 원통형으로 형성되어 다른 형상에 비하여 열손실 면적이 최소화되어 있다.
열교환기(110)는 다수의 판형 튜브(111)가 적층된 구조로 이루어지는데, 각각의 판형 튜브(111)에는 배플(112a), 원형비드(112b), 곡선비드(112c)가 형성되어 냉각수 흐름이 전체적으로 균일하고 안정적이며 충분한 패스 길이를 확보할 수 있도록 되어 있다. 따라서, 판형 튜브(111)와 그 외측의 PCM 사이에 열교환이 원활히 이루어져 축열성능이 향상된다.
또한, 판형 튜브(111) 사이 공간에는 냉각핀(112)이 형성되어 있어서 PCM과의 열교환이 더욱 활발하게 이루어질 수 있도록 되어 있다.
상기 열교환기(110)와 내측케이스커버(125)의 입구관(126)과 출구관(127) 연결부분에는 상호 다른 재질로 이루어진 암플랜지(210)와 수플랜지(220)가 적용되어 있어서, 입구관(126) 및 출구관(127) 설치 부위로 발생하는 열손실을 감소시킬 수 있도록 되어 있다. 수플랜지(220) 뿐만 아니라 입구관(126)과 출구관(127)도 플라스틱 재질로 내측케이스커버(125)와 함께 일체로 형성되는 경우 열전달 감소에 의해 열손실량은 더욱 감소된다. 또한, 부품수 감소에 의해 축열기(100) 조립 작업이 간편해지는 효과도 있다.
한편, 암플랜지(210)와 수플랜지(220)의 사이에는 외측부와 내측부에 각각 오링(123,214)이 이중으로 설치되어, 냉각수와 PCM이 상대방 영역으로 침투하는 것을 방지하고 있다.
판형 튜브(111)의 유입구(111ca)과 배출구(111cb)는 최대한 가깝게 형성되고, 이에 맞추어 내측케이스커버(125)의 입구관(126)과 출구관(127)의 거리도 가깝게 형성된다. 따라서, 진공단열재커버(135)를 설치할 때 단열재로 커버하지 못하는 부분의 면적을 최소화할 수 있게 됨으로써 열손실량이 감소되어 축열성능이 향상된다.
내측케이스(120)와 외측케이스(140)의 사이는 빈 공간으로 구성될 수 있다. 이 빈 공간은 단열공간으로 작용하여 축열기(100)의 열손실을 방지하므로 축열기(100)의 축열성능을 향상시킨다.
또한, 내측케이스(120)와 외측케이스(140) 사이의 공간에 진공단열재(130)이 설치될 수 있다. 이 경우 진공단열재(130)의 우수한 단열 성능에 의해 축열기(100)의 열손실이 방지되므로 축열기(100)의 축열성능이 향상된다.
내측케이스(120)의 외주 표면에는 리브(121)가 돌출 형성되는데, 이 리브(121)가 내측케이스(120)와 외측케이스(140)를 상호 지지하고, 양자의 사이에 공간을 형성한다. 그 공간에 상기와 같이 진공단열재(130)가 설치되는 경우, 상기 리브(121)는 진공단열재(130)의 내주 표면에 접촉하는 정도의 돌출량을 갖게 된다. 어느 경우든 리브(121)에 의해 빈 공간이 형성되고, 그 빈 공간이 단열공간으로 작용하게 됨은 동일하다.
상기 리브(121)는 다수의 가로부재와 세로부재가 상호 직교하는 격자 형상을 이루도록 형성될 수 있는데, 이와 같은 리브(121)는 내측케이스(120)의 강도를 보강하는 역할을 한다. 따라서, 내측케이스(120)는 내부에 충진된 PCM이 상변화하여 체적이 팽창함으로써 발생하는 내부 압력의 증가를 충분히 견딜 수 있게 된다.
상기 외측케이스(140)는 축열기(100)의 최외측부를 이루는 부분으로서 내측의 진공단열재(130)를 충격으로부터 보호하는 역할을 한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 종래기술과 다른 새로운 구조의 축열기가 제공된다.
상기 축열기는 전술한 바와 같이 보다 향상된 열교환 성능 및 축열 성능을 가지므로 차량의 냉각수 라인에 설치되었을 때 냉각수로부터 많은 양의 열을 흡수하고, 장시간 보관할 수 있으며, 필요할 때 많은 양의 열을 냉각수로 방출할 수 있다. 따라서, 냉간 시동 성능과 즉시 난방 성능이 보다 향상되는 효과가 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 축열기 110 : 열교환기
111 : 판형 튜브 120 : 내측케이스
125 : 내측케이스커버 126 : 입구관
127 : 출구관 130 : 진공단열재
135 : 진공단열재커버 140 : 외측케이스
145 : 외측케이스커버

Claims (18)

  1. 냉각수가 경유하는 열교환기와;
    상기 열교환기가 수용되는 내측케이스와;
    상기 열교환기와 내측케이스 사이에 충진되는 열저장물질과;
    상기 내측케이스를 수용하는 외측케이스 및;
    상기 내측케이스와 외측케이스 사이에 형성된 단열공간을 포함하고,
    상기 열교환기는 상판과 하판으로 이루어진 판형 튜브가 상호 연통되는 상태로 다수 적층되어 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 축열기
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 판형 튜브의 사이에 냉각핀이 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 축열기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 판형 튜브의 상판과 하판에 유입구와 배출구를 포함하는 연결부가 돌출 형성되고, 상측 판형 튜브와 하측 판형 튜브는 상기 연결부가 상호 연결되는 구조로 적층된 것을 특징으로 하는 차량용 축열기.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 판형 튜브에는 상기 유입구와 배출구 사이를 차단하는 배플이 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 축열기.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 판형튜브에서 배플에 의해 구획된 양측 공간에 냉각수 흐름과 충돌하는 다수의 원형비드가 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 축열기.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 판형튜브에서 배플에 의해 구획된 양측 공간의 연결부에 냉각수 흐름을 부드럽게 유도해주는 곡선비드가 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 축열기.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 판형튜브의 상판과 하판에 각각 탭과 탭이 삽입되는 고정홈이 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 축열기.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 열교환기의 상면에 유입구 및 배출구와 연결되는 파이프 삽입공이 형성된 암플랜지가 장착되고, 상기 내측케이스의 상부 개구부를 커버하는 내측케이스커버의 저면에 입구관과 출구관을 구비한 수플랜지가 형성되며, 상기 암플랜지와 수플랜지는 내측케이스커버 조립시 상호 결합되어 냉각수 유입경로와 배출경로를 형성하는 것을 특징으로 하는 차량용 축열기.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 암플랜지와 수플랜지의 접촉면 사이와, 입구관 및 출구관과 그에 대응되는 파이프 삽입공의 접촉면 사이에 각각 오링이 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 축열기.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 입구관과 출구관이 인접 배치되어 내측케이스커버를 감싸는 진공단열재커버에 입구관과 출구관으로 인한 비단열면적이 감소되도록 된 것을 특징으로 하는 차량용 축열기.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 열저장물질은 PCM(Phase change material; 상변화물질)인 것을 특징으로 하는 차량용 축열기.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 내측케이스와 외측케이스 사이의 단열공간에 내측케이스를 둘러싸는 진공단열재가 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 축열기.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 내측케이스의 외주 표면에 진공단열재의 내주 표면에 접촉되는 리브가 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 축열기.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 내측케이스의 외주 표면에 외측케이스의 내주 표면에 접촉되는 리브가 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 축열기.
  15. 청구항 13 또는 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리브는 다수의 가로부재 및 세로부재가 교차하여 격자 형상을 이룬 것을 특징으로 하는 차량용 축열기.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 내측케이스의 저면에 열저장물질을 주입하기 위한 주입구가 관통 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 축열기.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 주입구는 열저장물질의 주입이 완료된 후, 스크류가 체결되어 봉쇄되는 것을 특징으로 하는 차량용 축열기.
  18. 청구항 8에 있어서,
    상기 외측케이스의 상부 개구부를 덮는 외측케이스커버에는 입구관과 출구관이 각각 관통되는 파이프홀이 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 축열기.
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