説明

車両用熱交換器

【課題】車両の走行状態や初期始動条件で流入される作動流体の温度または流量に応じて作動流体のウォームアップ機能と冷却機能を同時に行うことができる車両用熱交換器を提供する。
【解決手段】本発明の実施例による車両用熱交換器は、複数のプレートが積層されて内部に第1連結流路と第2、第3連結流路とを交番的に形成し、第1、第2、第3連結流路に第1、第2、第3作動流体がそれぞれ流入されて第1、第2、第3連結流路を通過しながら相互熱交換が行われ、第1、第2、第3連結流路に供給された第1、第2、第3作動流体は互いに混合されずに循環する放熱部、および第1、第2、第3作動流体のうちの一つを流入させるための流入ホールと一つの作動流体を排出するための排出ホールとを連結し、一つの作動流体の流量に応じて一つの作動流体が放熱部をバイパスする分岐部を含むことを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、車両用熱交換器に係り、より詳しくは、作動流体それぞれが内部に流入され相互熱交換を通じて温度が調節される車両用熱交換器に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に熱交換器は、温度が高い流体から伝熱壁を通じて温度が低い流体へ熱を伝達するもので、加熱器、冷却器、蒸発器、凝縮器などに使用される。
このような熱交換器は、熱エネルギーを再使用したり流入される作動流体の温度を用途に合うように調節して、通常車両の空調システムや変速機オイルクーラーなどに適用しており、エンジンルームに装着される。
ここで、熱交換器を限定的な空間を有するエンジンルームに装着する時、空間確保および装着の困難が発生するため、小型、軽量化および高効率高機能化のための研究が続いている。
【0003】
しかし、従来の熱交換器は、車両の状態に応じてそれぞれ作動流体の温度を調節して車両のエンジンまたは変速機、空調装置に作動流体を供給しなければならないが、このためには、流入される熱媒または冷媒として作用する作動流体の流路上に別の分岐回路およびバルブを設置しなければならず、構成要素および組み立て工程数が増加し、レイアウトが複雑になるという問題点がある。
また、別の分岐回路およびバルブの未設置の際には、作動流体の流量に応じた熱交換効率の制御が不可能であるため、作動流体の効率的な温度調節が不可能になるという問題点もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2000−097276号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の目的は、作動流体それぞれが内部で相互熱交換を通じて温度調節される際、車両の走行状態や初期始動条件で流入される作動流体の温度または流量に応じて作動流体のウォームアップ機能と冷却機能を同時に行うことができる車両用熱交換器を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、車両の状態に応じて作動流体の温度調節が可能であることから、車両の燃費改善、および暖房性能を向上させることができ、構成が簡素化され、組み立て工程数が節減できる車両用熱交換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の実施例による車両用熱交換器は、複数のプレートが積層されて内部に第1連結流路と第2、第3連結流路とを交番的に形成し、第1、第2、第3連結流路に第1、第2、第3作動流体がそれぞれ流入されて第1、第2、第3連結流路を通過しながら相互熱交換が行われ、第1、第2、第3連結流路に供給された第1、第2、第3作動流体は互いに混合されずに循環する放熱部、
第1、第2、第3作動流体のうちの一つを流入させるための流入ホールと一つの作動流体を排出するための排出ホールとを連結し、一つの作動流体の温度に応じて一つの作動流体が放熱部をバイパスできるようにする分岐部、および分岐部を形成する流入ホールに装着され、流入ホールに流入される作動流体の温度に応じて作動流体を放熱部または分岐部に選択的に供給するように形成されたバルブユニット、を含むことを特徴とする。
【0007】
第1作動流体は、第1流入ホールを通じて放熱部に流入され、第1排出ホールを通じて放熱部から流出され、第1流入ホールと第1排出ホールは第1連結流路により連結され、第2作動流体は、第2流入ホールを通じて放熱部に流入され、第2排出ホールを通じて放熱部から流出され、第2流入ホールと第2排出ホールは第2連結流路により連結され、
第3作動流体は、第3流入ホールを通じて放熱部に流入され、第3排出ホールを通じて放熱部から流出され、第3流入ホールと第3排出ホールは第3連結流路により連結され、第1、第2、第3流入ホールは、放熱部の長さ方向に一面両側にそれぞれ形成され、第1、第2、第3排出ホールは、第1、第2、第3流入ホールから離隔しており、放熱部の長さ方向に一面両側に形成されることを特徴とする。
【0008】
分岐部は、第1流入ホールと第1排出ホールを連結し、放熱部の一面で突出して形成されることを特徴とする。
【0009】
第1流入ホールと第1排出ホールは、放熱部の一面で対角線方向に各角部に形成されることを特徴とする。
【0010】
第2流入ホールと第2排出ホールは、放熱部の一面で第1流入ホールが形成された一側に斜線方向に形成され、第1流入ホールと第1排出ホールに互いに対向するように形成されることを特徴とする。
【0011】
第3流入ホールと第3排出ホールは、放熱部の一面で第1排出ホールが形成された他側に斜線方向に形成され、第1流入ホールと第1排出ホールに互いに対向するように形成されることを特徴とする。
【0012】
第1作動流体は、ラジエータから流入される冷却水であり、第2作動流体は、自動変速機から流入される変速機オイルであり、第3作動流体は、エンジンから流入されるエンジンオイルであることを特徴とする。
【0013】
冷却水は、第1流入ホール、第1連結流路および第1排出ホールを通じて循環し、変速機オイルは、第2流入ホール、第2連結流路および第2排出ホールを通じて循環し、エンジンオイルは、第3流入ホール、第3連結流路および第3排出ホールを通じて循環し、第1連結流路と交番的に形成される第2、3連結流路は、リブを通じて区画されることを特徴とする。
【0014】
リブは、第2連結流路と第3連結流路を通じてそれぞれ流動する変速機オイルとエンジンオイルが混合されることを防止するように放熱部の長さ方向中央部に形成されることを特徴とする。
【0015】
分岐部は、第1流入ホールと第1排出ホールに近接した位置で、第1連結流路とは別に、第1流入ホールに流入された冷却水を第1排出ホールに直ちに排出させるように形成されたバイパス流路を備えることを特徴とする。
【0016】
バルブユニットは、第1流入ホールに対応して放熱部の他面に固定装着される装着キャップ、および装着キャップに挿入され、作動流体の温度に応じて弛緩および収縮が行われる変形部材、を含むことを特徴とする。
【0017】
変形部材は、その材質が作動流体の温度に応じて弛緩および収縮変形される形状記憶合金素材であることを特徴とする。
【0018】
変形部材は、長さ方向に両端部に位置し、温度に応じて変形が行われないようになっている一対の固定部、および一対の固定部の間で作動流体の温度に応じて弛緩および収縮変形が行われる変形部、を含むことを特徴とする。
【0019】
変形部材は、互いに連結された複数の環状メンバーがコイルスプリング形状で重なって接触するように形成されることを特徴とする。
【0020】
装着キャップは、放熱部に固定装着される装着部、および装着部から第1流入ホールに向かって延長形成され、内部に挿入された変形部材の変形時に変形部材をガイドするガイド部、を含むことを特徴とする。
【0021】
装着部は、放熱部にねじ締結されるように外周面上にねじ山が形成されることを特徴とする。
【0022】
ガイド部の外周面には、少なくとも一つ以上の開口ホールが形成されることを特徴とする。
【0023】
放熱部を通過する作動流体が外部に漏れ出ることを防止するためのシーリングをさらに含み、シーリングは、装着部とガイド部の間に装着されることを特徴とする。
【0024】
また本発明は、複数のプレートが積層されて内部に第1連結流路と第2、第3連結流路とを交番的に形成し、第1、第2、第3連結流路に第1、第2、第3作動流体がそれぞれ流入されて第1、第2、第3連結流路を通過しながら相互熱交換が行われ、第1、第2、第3連結流路に供給された第1、第2、第3作動流体は互いに混合されずに循環する放熱部、および第1、第2、第3作動流体のうちの一つを流入させるための流入ホールと一つの作動流体を排出するための排出ホールとを連結し、一つの作動流体の流量に応じて一つの作動流体が放熱部をバイパスするようにする分岐部、を含むことを特徴とする。
【0025】
第1作動流体は、第1流入ホールを通じて放熱部に流入され、第1排出ホールを通じて放熱部から流出され、第1流入ホールと第1排出ホールは第1連結流路により連結され、第2作動流体は、第2流入ホールを通じて放熱部に流入され、第2排出ホールを通じて放熱部から流出され、第2流入ホールと第2排出ホールは第2連結流路により連結され、第3作動流体は、第3流入ホールを通じて放熱部に流入され、第3排出ホールを通じて放熱部から流出され、第3流入ホールと第3排出ホールは第3連結流路により連結され、第1、第2、第3流入ホールは、放熱部の長さ方向に一面両側にそれぞれ形成され、第1、第2、第3排出ホールは、第1、第2、第3流入ホールから離隔しており、放熱部の長さ方向に一面両側に形成されることを特徴とする。
【0026】
分岐部は、第1流入ホールと第1排出ホールを連結し、放熱部の一面で突出して形成されることを特徴とする。
【0027】
第1流入ホールと第1排出ホールは、放熱部の一面で対角線方向に各角部に形成されることを特徴とする。
【0028】
第2流入ホールと第2排出ホールは、放熱部の一面で第1流入ホールが形成された一側に斜線方向に形成され、第1流入ホールと第1排出ホールに互いに対向するように形成されることを特徴とする。
【0029】
第3流入ホールと第3排出ホールは、放熱部の一面で第1排出ホールが形成された他側に斜線方向に形成され、第1流入ホールと第1排出ホールに互いに対向するように形成されることを特徴とする。
【0030】
第1作動流体は、ラジエータから流入される冷却水であり、第2作動流体は、自動変速機から流入される変速機オイルであり、第3作動流体は、エンジンから流入されるエンジンオイルであることを特徴とする。
【0031】
冷却水は、第1流入ホール、第1連結流路および第1排出ホールを通じて循環し、変速機オイルは、第2流入ホール、第2連結流路および第2排出ホールを通じて循環し、エンジンオイルは、第3流入ホール、第3連結流路および第3排出ホールを通じて循環し、第1連結流路と交番的に形成される第2、3連結流路は、リブを通じて区画されることを特徴とする。
【0032】
リブは、第2連結流路と第3連結流路を通じてそれぞれ流動する変速機オイルとエンジンオイルが混合されることを防止するように放熱部の長さ方向中央部に形成されることを特徴とする。
【0033】
分岐部は、第1流入ホールと第1排出ホールに近接した位置で、第1連結流路とは別途に、第1流入ホールに流入された冷却水を第1排出ホールに直ちに排出させるように形成されたバイパス流路を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0034】
本発明の車両用熱交換器によれば、車両の走行状態や初期始動条件に応じて流入される作動流体の温度または流量を利用して作動流体のウォームアップ機能と冷却機能を同時に行うことによって、作動流体の温度調節を効率的に行うことができる。
また、形状記憶合金素材で製作された変形部材を使用するため、バルブユニットの構造が簡単である。バルブユニットが作動流体の温度に応じて作動流体の流路を転換するため、作動流体の流れを正確に制御することができる。構成要素を簡素化して製作原価を節減すると同時に、重量を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】本発明の実施例による車両用熱交換器が適用される自動変速機冷却システムの構成図である。
【図2】本発明の実施例による車両用熱交換器の斜視図である。
【図3】本発明の第1実施例による車両用熱交換器の部分切開斜視図である。
【図4】本発明の第1実施例による車両用熱交換器において、図2のA−A線断面図である。
【図5】本発明の第1実施例による車両用熱交換器において、図2のB−B線断面図である。
【図6】本発明の第1実施例による車両用熱交換器に適用されるバルブユニットの斜視図である。
【図7】本発明の第1実施例によるバルブユニットの分解斜視図である。
【図8】本発明の第1実施例によるバルブユニットの作動状態における斜視図である。
【図9】本発明の第1実施例による車両用熱交換器の段階別作動状態図である。
【図10】本発明の第1実施例による車両用熱交換器の段階別作動状態図である。
【図11】本発明の第1実施例による車両用熱交換器の段階別作動状態図である。
【図12】本発明の第2実施例による車両用熱交換器において、図2のA−A線断面図である。
【図13】本発明の第2実施例による車両用熱交換器において、図2のB−B線断面図である。
【図14】本発明の第2実施例による車両用熱交換器に使用される各作動流体の流動を示した図面である。
【図15】本発明の第2実施例による車両用熱交換器に使用される各作動流体の流動を示した図面である。
【発明を実施するための形態】
【0036】
以下、本発明の好ましい実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明の実施例による車両用熱交換器が適用される自動変速機冷却システムの構成図であり、図2は、本発明の実施例による車両用熱交換器の斜視図であり、図3は、本発明の第1実施例による車両用熱交換器の部分切開斜視図であり、図4は、本発明の第1実施例による車両用熱交換器において、図2のA−A線断面図であり、図5は、本発明の第1実施例による車両用熱交換器において、図2のB−B線断面図であり、図6および図7は、本発明の第1実施例による車両用熱交換器に適用されるバルブユニットの斜視図および分解斜視図である。
【0037】
図面に示す通り、本発明の実施例による車両用熱交換器100は、車両の自動変速機冷却システムに適用される。
自動変速機冷却システムは、基本的に、図1に示したように、ウォータポンプ10を通じて冷却ファン21が装着されたラジエータ20を通過しながら冷却された冷却水がエンジン50を冷却させるための冷却ライン(Cooling Line:以下、「C.L」という)に備えられ、この冷却ラインC.L上には車両暖房システム(図示せず)と連結されるヒーターコア30が備えられている。
ここで、本発明の実施例による車両用熱交換器100では、それぞれの作動流体が熱交換器100内部で相互熱交換を通じた温度調節の際、車両の走行状態や初期始動条件で流入される作動流体の温度または流量に応じて作動流体のウォームアップ機能と冷却機能を同時に行うことができる。
【0038】
このために、本発明の実施例による車両用熱交換器100は、ウォータポンプ10とヒーターコア30の間に備えられ、自動変速機40とエンジン50に第1、第2オイルラインO.L1、O.L2を通じてそれぞれ相互連結される。
即ち、本実施例において、作動流体は、ラジエータ20から流入される冷却水と、自動変速機40から流入される変速機オイルと、エンジン50から流入されるエンジンオイルとから構成され、熱交換器100を通じて変速機オイルとエンジンオイルを冷却水と相互熱交換させて変速機オイルおよびエンジンオイルの温度を調節する。
本発明の第1実施例による熱交換器100は、図2および図3に示したように、大きく放熱部110、分岐部120およびバルブユニット130を含んで構成される。以下、各構成別により詳しく説明する。
【0039】
まず、放熱部110は、複数のプレート112が積層されて形成され、隣接したプレート112の間には複数の連結流路114が形成される。また、複数の連結流路114の一部には冷却水が流れ、複数の連結流路114の他の一部には変速機オイルが流れ、複数の連結流路114のさらに他の一部にはエンジンオイルが流れる。変速機オイルが流れる他の一部の連結流路114とエンジンオイルが流れるさらに他の一部の連結流路114は、冷却水が流れる隣接した一部の連結流路114の間に配置され、区画されている。この過程で、冷却水と変速機オイルおよびエンジンオイルとの間に熱交換が行われる。
また、一つの連結流路114に供給された作動流体は、他の一つの連結流路114に供給された他の作動流体と混合されないようになっている。
【0040】
ここで、放熱部110は、冷却水と、変速機オイルおよびエンジンオイルとの流動を対向流(counterflow )させて相互熱交換させる。
このように構成される放熱部110は、複数のプレート112が積層されるプレート型(または、「板型」ともいう)放熱部で形成される。
そして、分岐部120は、放熱部110で各作動流体を流入させるように形成された複数の流入ホール116のうちのいずれか一つの流入ホール116と、放熱部110から各作動流体を排出させるように形成された複数の排出ホール118のうちのいずれか一つの排出ホール118とを相互連結する。
このような分岐部120は、流入された作動流体の温度に応じて作動するバルブユニット130により作動流体をバイパスさせる。
【0041】
本実施例において、各流入ホール116は、放熱部110の長さ方向に一面両側にそれぞれ形成される第1、第2、第3流入ホール116a、116b、116cから構成される。
そして、各排出ホール118は、放熱部110の長さ方向一面両側にそれぞれ形成される第1、第2、第3排出ホール118a、118b、118cを含む。 第1、第2、第3排出ホール118a、118b、118cは、第1、第2、第3流入ホール116a、116b、116cに対応し、第1、第2、第3流入ホール116a、116b、116cとそれぞれ離隔される。
また、各排出ホール118は、放熱部110の内部でそれぞれの連結流路114を通じて第1、第2、第3流入ホール116a、116b、116cと相互連結される。
【0042】
ここで、第1流入ホール116aと第1排出ホール118aは、放熱部110の一面で対角線方向に各角部に形成される。
本実施例において、第2流入ホール116bと第2排出ホール118bは、放熱部110の一面で第1流入ホール116aが形成された一側に斜線方向に形成され、第1流入ホール116aと第1排出ホール118aに互いに対向するように形成される。
そして、第3流入ホール116cと第3排出ホール118cは、放熱部110の一面で第1排出ホール118aが形成された他側に斜線方向に形成され、第1流入ホール116aと第1排出ホール118aに互いに対向するように形成される。
【0043】
そして、分岐部120は、第1流入ホール116aと第1排出ホール118aを相互連結し、放熱部110の一面に突出して形成される。
本実施例において、冷却水は、第1流入ホール116aと第1排出ホール118aを通じて循環し、変速機オイルは、第2流入ホール116bと第2排出ホール118bを通じて循環し、エンジンオイルは、第3流入ホール116cと第3排出ホール118cを通じて循環する。
第1、第2、第3流入ホール116a、116b、116cと第1、第2、第3排出ホール118a、118b、118cには、それぞれ連結ポートPが装着され、連結ポートPに装着される連結ホースまたは連結配管などを通じてラジエータ20と自動変速機40およびエンジン50にそれぞれ連結される。
【0044】
本実施例において、各連結流路114は、図4および図5に示したように、第1、第2、第3連結流路114a、114b、114cを含む。 以下でこれを詳しく説明する。
まず、第1連結流路114aは、第1流入ホール116aを通じて放熱部110の内部に流入された冷却水が移動するようになっている。
第2連結流路114bと第3連結流路114cは、第1連結流路114aと交番的に形成され、リブ140を通じて区画される。
ここで、リブ140は、第2連結流路114bと第3連結流路114cを通じて流動する変速機オイルとエンジンオイルが混合されることを防止する。リブ140は、放熱部110の長さ方向中央部に形成される。
【0045】
即ち、リブ140は、互いに積層される複数のプレート112の長さ方向中央部に形成され、第1連結流路114aを間において形成される連結流路をそれぞれ第2、第3連結流路114b、114cとして区画する。
これによって、第2連結流路114bには、第2流入ホール116bを通じて流入される変速機オイルが移動するようになり、第3連結流路114cには、第3流入ホール116cを通じて流入されるエンジンオイルが移動するる。
ここで、分岐部120には、第1流入ホール116aと第1排出ホール118aに近接した位置で、第1連結流路114aとは別に、第1流入ホール116aに流入された冷却水を第1排出ホール118aに直ちに排出させるようにするバイパス流路122が備えられている。
そして、バルブユニット130は、第1流入ホール116aに対応する放熱部110の位置に装着され、冷却水の温度に応じて放熱部110の内部またはバイパス流路122に冷却水を流入させる。
【0046】
このようなバルブユニット130は、図6および図7に示したように、装着キャップ132と変形部材138を含む。以下でこれを各構成別に説明する。
まず、装着キャップ132は、第1流入ホール116aに対応して放熱部110の他面に固定装着される。
ここで、装着キャップ132は、放熱部110に固定装着される装着部134と、装着部134から第1流入ホール116aに向かって延長形成され、その内部に変形部材138が挿入されるガイド部136とから構成される。ガイド部136は、変形部材138の弛緩および収縮変形の際、変形部材138をガイドする。
【0047】
ここで、装着部134は、放熱部110の内周面にねじ締結されるように外周面にねじ山Nが形成され、第1流入ホール116aに対応する放熱部110の他面にはその内周面がねじ山Nに対応してタップ加工される。
そして、ガイド部136の外周面には、少なくとも一つ以上の開口ホール137が形成される。このような開口ホール137は、弛緩変形された変形部材138に流入された冷却水を放熱部110の第1連結流路114aに円滑に流入させる機能を果たす。
一方、本実施例において、装着キャップ132には、冷却水が外部に漏れ出ることを防止するためのシーリング146が装着される。シーリング146は、装着部134とガイド部136の間に装着される。
【0048】
即ち、シーリング146は、作動流体が放熱部110に締結された装着部134のねじ山Nに沿って放熱部110の外部に漏れ出ることを防止するように放熱部110の内周面と装着部134の外周面との間をシールする。
そして、変形部材138は、装着キャップ132のガイド部136に挿入され、第1流入ホール116aに流入された冷却水の温度に応じて弛緩および収縮が行われる。
このような変形部材138は、その材質が作動流体の温度に応じて弛緩および収縮変形される形状記憶合金素材で構成される。
ここで、形状記憶合金(Shape Memory Alloy:SMA)は、一定の温度で形状を記憶する合金をいう。形状記憶合金は、一定の温度と異なる温度でその形状が変わるが、一定温度に冷却したり加熱すれば元の形状に復元される。
【0049】
このような形状記憶合金素材からなる変形部材138は、一対の固定部142と変形部144からなる。以下でこれをより詳しく説明する。
まず、固定部142は、変形部材138の長さ方向の両端部に位置し、温度に応じてその形状が変形されない。つまり、固定部142を形成する環状メンバーは溶接を通じて互いに固定されている。
そして、変形部144は、固定部142の間で作動流体の温度に応じて弛緩および収縮変形が行われる。即ち、変形部144を形成する環状メンバーは、互いに弛緩または収縮可能に連結されている。
このような変形部材138は、円形のコイルスプリング形状と類似する形状で形成される。
変形部材138は、収縮された状態で装着キャップ132のガイド部136内部に挿入され、第1流入ホール116aを通じて変形部材138内部に流入される作動流体の温度に応じて変形されて第1連結流路114aを選択的に開閉する。
【0050】
即ち、バルブユニット130は、図8に示したように、設定温度を有する作動流体が流入されると、変形部材138の変形部144が弛緩する。
これによって、変形部材138の変形部144を形成する環状メンバーは互いに離隔して空間(Space:以下、「S」という)を形成する。この空間Sを通じて作動流体が流出される。
この時、固定部142を形成する環状メンバーは互いに固定されることによって、弛緩していない状態を維持する。
反対に、設定温度以下の作動流体が第1流入ホール116aに流入されると、図6に示した初期状態のように変形部144が収縮変形し、空間Sは閉鎖される。
【0051】
次に、本発明の第1実施例による車両用熱交換器100の作動および作用を詳しく説明する。
図9ないし図11は、本発明の第1実施例による車両用熱交換器の段階別作動状態図である。
第1流入ホール116aを通じて流入される冷却水の温度が設定温度より低い場合、図9に示したように、バルブユニット130の変形部材138は、変形されずに初期装着状態を維持する。
そうすると、流入された冷却水は、放熱部110の第1連結流路114aに流入されず、分岐部120に形成されたバイパス流路122を通じて流動して第1排出ホール118aに直接流れる。
これによって、冷却水は、放熱部110の第1連結流路114aに流入されない。
【0052】
そうすると、変速機オイルとエンジンオイルは、第2、第3流入ホール116b、116cを通じて流入されて放熱部110の第2、第3連結流路114b、114cをそれぞれ通過するが、第1連結流路114aに冷却水が流入されないため、変速機オイル、エンジンオイルと冷却水との相互熱交換が防止される。
即ち、バイパス流路122は、車両の走行状態やアイドルモード、または初期始動のような車両の状態やモードに応じて変速機オイルとエンジンオイルのウォームアップが必要な場合、低温状態の冷却水が第1連結流路114aに流入されることを防止するようにバイパスさせる。これによって、変速機オイルとエンジンオイルが冷却水と熱交換を通じて温度が低下するのを防止する。
したがって、変速機オイルとエンジンオイルはウォームアップされた状態で、自動変速機40とエンジン50にそれぞれ供給され、車両の暖房性能を向上させることができる。
【0053】
反対に、冷却水の温度が設定温度より高い場合には、図10に示したように、バルブユニット130の変形部材138が弛緩変形され、変形部144を形成する環状メンバーの間に空間Sを形成する。
そうすると、第1流入ホール116aを通じて流入された冷却水は、各空間Sを通じて第1連結流路114aを通過し、第1排出ホール118aを通じて排出される。
これによって、冷却水は、放熱部110の第1連結流路114aを通過し、第2流入ホール116bと第3流入ホール116cを通じて自動変速機40とエンジン50からそれぞれ流入されて第2、第3連結流路114b、114cをそれぞれ通過する変速機オイルとエンジンオイルは、第1連結流路114aを通過する冷却水と放熱部110内部で相互熱交換されてその温度が調節される。
【0054】
ここで、変速機オイルとエンジンオイルは、図11に示したように、第2流入ホール116bと第3流入ホール116cを通じてそれぞれ流入され、放熱部110の内部にリブ140を通じて区画されて形成された第2、第3連結流路114b、114cをそれぞれ通過する。その後、変速機オイルとエンジンオイルは、第2排出ホール118bと第3排出ホール118cを通じてそれぞれ排出されて自動変速機40とエンジン50に供給される。
この時、冷却水と変速機オイルは、互いに反対方向に流動されながら相互熱交換される。
また、冷却水とエンジンオイルも互いに反対方向に流動されて相互熱交換される。
これによって、変速機オイルとエンジンオイルは、冷却水とより効率的に熱交換が行われる。
【0055】
したがって、トルクコンバーターの作動により発生される流体摩擦で温度が上がって冷却が必要な変速機オイルと、エンジン50の作動により温度が上昇したエンジンオイルは、放熱部110で冷却水との相互熱交換を通じて冷却された後、自動変速機40とエンジン50にそれぞれ供給される。
即ち、熱交換器100は、車両の走行時、エンジン50と高速に回転される自動変速機40に冷却されたエンジンオイルと変速機オイルを供給することによって、自動変速機40のスリップ発生を防止し、エンジン50のノッキング(Knocking)および酸敗(rancidity)現象の発生を防止する。
また、車両の始動後、中・高速運行時には、温度上昇が速い冷却水によって放熱部110で熱交換を通じてエンジンオイルと変速機オイルの温度を上昇させる。その後、変速機オイルとエンジンオイルを自動変速機40とエンジン50に供給することによって、自動変速機40とエンジン50に摩擦損失を低減させて燃費を上昇させることができる。
【0056】
したがって、本発明の実施例による車両用熱交換器100を適用すれば、車両の走行状態や初期始動条件に応じて流入される作動流体の温度を利用して作動流体のウォームアップ機能と冷却機能を同時に行うことによって、作動流体の温度調節を効率的に行うことができる。
また、形状記憶合金素材で製作された変形部材138を使用するため、バルブユニット130の構造が簡単である。バルブユニット130が作動流体の温度に応じて作動流体の流路を転換するため、作動流体の流れを正確に制御することができる。構成要素を簡素化して製作原価を節減すると同時に、重量を低減させることができる。
そして、作動流体の温度に応じたバルブ開閉作動の応答性を向上させることができる。
また、車両の状態により作動流体の温度調節が可能であるため、車両の燃費改善、および暖房性能を向上させることができる。
【0057】
一つの熱交換器を通じて2個の作動流体を冷却水とそれぞれ相互熱交換させることができるため、構成および全体パッケージが簡素化され、組み立て工程数を減らすことができる。
また、別途の分岐回路が必要でないため、製作原価の節減および作業性を向上させることができ、狭いエンジンルーム内部で空間活用性を高め、連結ホースのレイアウトを簡素化することができる。
また、作動流体が自動変速機40の変速機オイルである場合、冷始動時に摩擦低減のためのウォームアップ機能と、走行時にスリップ防止および耐久維持のための冷却機能の同時遂行が可能であるため、燃費および変速機の耐久性を向上させることができる。
また、冷却水を利用して変速機オイルとエンジンオイルをウォームアップまたは冷却させることができるため、空冷式熱交換器に比べて熱交換効率が向上し、車両冷房システムの全体的な冷房性能と暖房性能を向上させることができる。
【0058】
本発明の実施例による車両用熱交換器100を説明するに当たり、作動流体として冷却水、変速機オイルおよびエンジンオイルを例示したが、これに限定されず、熱交換を通じて冷却または温度上昇が必要な作動流体には全て適用が可能である。
そして、本発明の実施例による車両用熱交換器を説明するに当たり、図面上には複数のプレート112が単に積層されて構成される一実施例として説明したが、これに限定されず、熱交換器の装着を考慮して一面と他面にそれぞれ他部品との接触による破損を防止したり、他部品またはエンジンルーム内部に固定させるためのカバー、ブラケットなどが装着されてもよい。
【0059】
以下、本発明の第2実施例による車両用熱交換器を添付図面を参照して詳しく説明する。本発明の第2実施例による熱交換器は、本発明の第1実施例による熱交換器と類似している。但し、本発明の第2実施例による熱交換器は、車両の走行状態や初期始動条件で流入される作動流体の流量に応じて作動流体のウォームアップ機能と冷却機能を同時に行うことができるようになっている。
本発明の第2実施例による熱交換器100は、図2、図12および図13に示すように、放熱部110と分岐部120を含む。以下、各構成別により詳しく説明する。
【0060】
まず、放熱部110は、複数のプレート112が積層されて形成され、隣接したプレート112の間には複数の連結流路114が形成される。また、複数の連結流路114の一部には冷却水が流れ、複数の連結流路114の他の一部には変速機オイルが流れ、複数の連結流路114のさらに他の一部にはエンジンオイルが流れる。変速機オイルが流れる他の一部の連結流路114とエンジンオイルが流れるさらに他の一部の連結流路114は、冷却水が流れる隣接した一部の連結流路114の間に配置され、区画されている。この過程で、冷却水と変速機オイルおよびエンジンオイルとの間に熱交換が行われる。
また、一つの連結流路114に供給された作動流体は、他の一つの連結流路114に供給された他の作動流体と混合されないようになっている。
ここで、放熱部110は、冷却水と、変速機オイルおよびエンジンオイルとの流動を対向流させて相互熱交換させる。
【0061】
そして、分岐部120は、放熱部110で各作動流体を流入させるように形成された複数の流入ホール116のうちのいずれか一つの流入ホール116と、放熱部110から各作動流体を排出させるように形成された複数の排出ホール118のうちのいずれか一つの排出ホール118とを相互連結する。
このような分岐部120は、流入される作動流体の流量に応じて作動流体を放熱部110の通過なしにバイパスさせる。
本実施例において、各流入ホール116は、放熱部110の長さ方向に一面両側にそれぞれ形成される第1、第2、第3流入ホール116a、116b、116cから構成される。
そして、各排出ホール118は、放熱部110の長さ方向に一面両側にそれぞれ形成される第1、第2、第3排出ホール118a、118b、118cを含むことができる。第1、第2、第3排出ホール118a、118b、118cは、第1、第2、第3流入ホール116a、116b、116cに対応し、第1、第2、第3流入ホール116a、116b、116cとそれぞれ離隔されるように形成される。
【0062】
また、各排出ホール118は、放熱部110の内部でそれぞれの連結流路114を通じて第1、第2、第3流入ホール116a、116b、116cと相互連結される。
ここで、第1流入ホール116aと第1排出ホール118aは、放熱部110の一面で対角線方向に各角部に形成される。
本実施例において、第2流入ホール116bと第2排出ホール118bは、放熱部110の一面で第1流入ホール116aが形成された一側に斜線方向に形成され、第1流入ホール116aと第1排出ホール118aに互いに対向するように形成される。
そして、第3流入ホール116cと第3排出ホール118cは、放熱部110の一面で第1排出ホール118aが形成された他側に斜線方向に形成され、第1流入ホール116aと第1排出ホール118aに互いに対向するように形成される。
【0063】
そして、分岐部120は、第1流入ホール116aと第1排出ホール118aを相互連結し、放熱部110の一面に突出して形成される。
本実施例において、冷却水は、第1流入ホール116aと第1排出ホール118aを通じて循環し、変速機オイルは、第2流入ホール116bと第2排出ホール118bを通じて循環し、エンジンオイルは、第3流入ホール116cと第3排出ホール118cを通じて循環する。
第1、第2、第3流入ホール116a、116b、116cと第1、第2、第3排出ホール118a、118b、118cには、それぞれ連結ポートPが装着される。
【0064】
本実施例において、各連結流路114は、図12および図13に示したように、第1、第2、第3連結流路114a、114b、114cを含む。 以下、これをより詳しく説明する。
まず、第1連結流路114aは、第1流入ホール116aを通じて放熱部110の内部に流入された冷却水が移動するようになっている。
第2連結流路114bと第3連結流路114cは、第1連結流路114aと交番的に形成され、リブ140を通じて区画される。
ここで、リブ140は、第2連結流路114bと第3連結流路114cを通じて流動する変速機オイルとエンジンオイルが混合されることを防止する。リブ140は、放熱部110の長さ方向中央部に形成される。
【0065】
即ち、リブ140は、互いに積層される複数のプレート112の長さ方向中央部に形成され、第1連結流路114aを間において形成される連結流路をそれぞれ第2、第3連結流路114b、114cとして区画する。
これによって、第2連結流路114bには、第2流入ホール116bを通じて流入される変速機オイルが移動し、第3連結流路114cには、第3流入ホール116cを通じて流入されるエンジンオイルが移動する。
そして、分岐部120には、第1流入ホール116aと第1排出ホール118aに近接した位置で、第1連結流路114aとは別に、第1流入ホール116aに流入された冷却水を第1排出ホール118aに直ちに排出させるバイパス流路122が備えられている。
【0066】
ここで、第1流入ホール116aを通じて冷却水が流入される時、バイパス流路122は、流入された冷却水の流量が小さい場合、冷却水を放熱部110の第1連結流路114aに流入させず、第1排出ホール118aに直ちに排出させるようになっている。
このようなバイパス流路122は、図14の<S1>のように、車両の走行状態やアイドルモード、または初期始動のような車両の状態やモードに応じて変速機オイルとエンジンオイルのウォームアップが必要な場合、低温状態の冷却水が第1連結流路114aに流入されることを防止するようにバイパスさせる。これによって、第2、第3連結流路114b、114cを通じて流動する変速機オイルとエンジンオイルが冷却水と熱交換を通じて温度が低下することを防止する。
【0067】
反対に、冷却水の流量が多い場合には、図14の<S2>のように、冷却水はバイパス流路122と共に第1連結流路114aに流入される。
これによって、第1連結流路114aを通過する冷却水は、第2流入ホール116bと第3流入ホール116cを通じて自動変速機40とエンジン50からそれぞれ流入されて第2、第3連結流路114b、114cをそれぞれ通過する変速機オイルおよびエンジンオイルと放熱部110内部で相互熱交換される。
ここで、変速機オイルとエンジンオイルは、図15に示したように、第2流入ホール116bと第3流入ホール116cを通じてそれぞれ流入され、放熱部110の内部でリブ140を通じて区画されて形成された第2、第3連結流路114b、114cをそれぞれ通過する。その後、変速機オイルとエンジンオイルは、第2排出ホール118bと第3排出ホール118cを通じてそれぞれ排出されて自動変速機40とエンジン50に供給される。
【0068】
この時、冷却水と変速機オイルは、互いに反対方向に流動されながら相互熱交換される。
また、冷却水とエンジンオイルも互いに反対方向に流動されて相互熱交換される。
これによって、変速機オイルとエンジンオイルは、冷却水とより効率的に熱交換が行われる。
したがって、エンジン50の作動により温度が上昇したエンジンオイルと、トルクコンバーターの作動により発生される流体摩擦で温度が上がって冷却が必要な変速機オイルは、放熱部110で冷却水との相互熱交換を通じて冷却された後、エンジン50と自動変速機40にそれぞれ供給される。
即ち、熱交換器100は、車両の走行時、エンジン50と高速に回転する自動変速機40に冷却されたエンジンオイルと変速機オイルを供給することによって、エンジン50のノッキングおよび酸敗現象の発生を防止し、自動変速機40のスリップ発生を防止する。
【0069】
反対に、車両の初期始動またはアイドルモードである場合には、熱交換器100に流入される冷却水の流量が小さいため、分岐部120のバイパス流路122に冷却水が迂回される。エンジンオイルと変速機オイルは、互いに熱交換をほとんど行わないため、エンジンオイルと変速機オイルはウォームアップされ、暖房性能を向上させることができる。
また、車両の始動後、中・高速運行時には、温度上昇が速い冷却水によって放熱部110で熱交換を通じてエンジンオイルと変速機オイルの温度を上昇させる。その後、エンジンオイルと変速機オイルをエンジン50と自動変速機40に供給することによって、エンジン50と自動変速機40に摩擦損失を低減させて燃費を上昇させることができる。
【0070】
以上、本発明に関する好ましい実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の属する技術分野を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。
【符号の説明】
【0071】
10…ウォータポンプ
20…ラジエータ
21…冷却ファン
30…ヒーターコア
40…自動変速機
50…エンジン
100…車両用熱交換器
110…放熱部
112…プレート
114…連結流路
114a、114b、114c…第1、第2、第3連結流路
116…流入ホール
116a、116b、118c…第1、第2、第3流入ホール
118…排出ホール
118a、118b、118c…第1、第2、第3排出ホール
120…分岐部
122…バイパス流路
130…バルブユニット
132…装着キャップ
134…装着部
136…ガイド部
137…開口ホール
138…変形部材
140…リブ
142…固定部
144…変形部
146…シーリング
P…連結ポート

【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のプレートが積層されて内部に第1連結流路と第2、第3連結流路とを交番的に形成し、前記第1、第2、第3連結流路に第1、第2、第3作動流体がそれぞれ流入されて前記第1、第2、第3連結流路を通過しながら相互熱交換が行われ、前記第1、第2、第3連結流路に供給された第1、第2、第3作動流体は互いに混合されずに循環する放熱部、
前記第1、第2、第3作動流体のうちの一つを流入させるための流入ホールと前記一つの作動流体を排出するための排出ホールとを連結し、前記一つの作動流体の温度に応じて前記一つの作動流体が前記放熱部をバイパスできるようにする分岐部、および
前記分岐部を形成する流入ホールに装着され、前記流入ホールに流入される作動流体の温度に応じて前記作動流体を前記放熱部または前記分岐部に選択的に供給するように形成されたバルブユニット、
を含むことを特徴とする車両用熱交換器。
【請求項2】
前記第1作動流体は、第1流入ホールを通じて前記放熱部に流入され、第1排出ホールを通じて前記放熱部から流出され、前記第1流入ホールと前記第1排出ホールは第1連結流路により連結され、
前記第2作動流体は、第2流入ホールを通じて前記放熱部に流入され、第2排出ホールを通じて前記放熱部から流出され、前記第2流入ホールと前記第2排出ホールは第2連結流路により連結され、
前記第3作動流体は、第3流入ホールを通じて前記放熱部に流入され、第3排出ホールを通じて前記放熱部から流出され、前記第3流入ホールと前記第3排出ホールは第3連結流路により連結され、
前記第1、第2、第3流入ホールは、前記放熱部の長さ方向に一面両側にそれぞれ形成され、
前記第1、第2、第3排出ホールは、前記第1、第2、第3流入ホールから離隔しており、前記放熱部の長さ方向に一面両側に形成されることを特徴とする請求項1に記載の車両用熱交換器。
【請求項3】
前記分岐部は、前記第1流入ホールと第1排出ホールを連結し、前記放熱部の一面で突出して形成されることを特徴とする請求項2に記載の車両用熱交換器。
【請求項4】
前記第1流入ホールと第1排出ホールは、前記放熱部の一面で対角線方向に各角部に形成されることを特徴とする請求項2に記載の車両用熱交換器。
【請求項5】
前記第2流入ホールと第2排出ホールは、前記放熱部の一面で前記第1流入ホールが形成された一側に斜線方向に形成され、前記第1流入ホールと第1排出ホールに互いに対向するように形成されることを特徴とする請求項2に記載の車両用熱交換器。
【請求項6】
前記第3流入ホールと第3排出ホールは、前記放熱部の一面で前記第1排出ホールが形成された他側に斜線方向に形成され、前記第1流入ホールと第1排出ホールに互いに対向するように形成されることを特徴とする請求項2に記載の車両用熱交換器。
【請求項7】
前記第1作動流体は、ラジエータから流入される冷却水であり、前記第2作動流体は、自動変速機から流入される変速機オイルであり、前記第3作動流体は、エンジンから流入されるエンジンオイルであることを特徴とする請求項2に記載の車両用熱交換器。
【請求項8】
前記冷却水は、第1流入ホール、第1連結流路および第1排出ホールを通じて循環し、前記変速機オイルは、第2流入ホール、第2連結流路および第2排出ホールを通じて循環し、前記エンジンオイルは、第3流入ホール、第3連結流路および第3排出ホールを通じて循環し、
前記第1連結流路と交番的に形成される第2、3連結流路は、リブを通じて区画されることを特徴とする請求項7に記載の車両用熱交換器。
【請求項9】
前記リブは、前記第2連結流路と第3連結流路を通じてそれぞれ流動する変速機オイルとエンジンオイルが混合されることを防止するように前記放熱部の長さ方向中央部に形成されることを特徴とする請求項8に記載の車両用熱交換器。
【請求項10】
前記分岐部は、前記第1流入ホールと第1排出ホールに近接した位置で、前記第1連結流路とは別に、前記第1流入ホールに流入された冷却水を前記第1排出ホールに直ちに排出させるように形成されたバイパス流路を備えることを特徴とする請求項8に記載の車両用熱交換器。
【請求項11】
前記バルブユニットは、
前記第1流入ホールに対応して前記放熱部の他面に固定装着される装着キャップ、および
前記装着キャップに挿入され、前記作動流体の温度に応じて弛緩および収縮が行われる変形部材、
を含むことを特徴とする請求項2に記載の車両用熱交換器。
【請求項12】
前記変形部材は、その材質が作動流体の温度に応じて弛緩および収縮変形される形状記憶合金素材であることを特徴とする請求項11に記載の車両用熱交換器。
【請求項13】
前記変形部材は、
長さ方向に両端部に位置し、温度に応じて変形が行われないようになっている一対の固定部、および
前記一対の固定部の間で作動流体の温度に応じて弛緩および収縮変形が行われる変形部、
を含むことを特徴とする請求項11に記載の車両用熱交換器
【請求項14】
前記変形部材は、互いに連結された複数の環状メンバーがコイルスプリング形状で重なって接触するように形成されることを特徴とする請求項11に記載の車両用熱交換器。
【請求項15】
前記装着キャップは、
前記放熱部に固定装着される装着部、および
前記装着部から前記第1流入ホールに向かって延長形成され、内部に挿入された前記変形部材の変形時に前記変形部材をガイドするガイド部、
を含むことを特徴とする請求項11に記載の車両用熱交換器。
【請求項16】
前記装着部は、前記放熱部にねじ締結されるように外周面上にねじ山が形成されることを特徴とする請求項15に記載の車両用熱交換器
【請求項17】
前記ガイド部の外周面には、少なくとも一つ以上の開口ホールが形成されることを特徴とする請求項15に記載の車両用熱交換器。
【請求項18】
前記放熱部を通過する作動流体が外部に漏れ出ることを防止するためのシーリングをさらに含み、
前記シーリングは、前記装着部とガイド部の間に装着されることを特徴とする請求項15に記載の車両用熱交換器。
【請求項19】
複数のプレートが積層されて内部に第1連結流路と第2、第3連結流路とを交番的に形成し、前記第1、第2、第3連結流路に第1、第2、第3作動流体がそれぞれ流入されて前記第1、第2、第3連結流路を通過しながら相互熱交換が行われ、前記第1、第2、第3連結流路に供給された第1、第2、第3作動流体は互いに混合されずに循環する放熱部、および
前記第1、第2、第3作動流体のうちの一つを流入させるための流入ホールと前記一つの作動流体を排出するための排出ホールとを連結し、前記一つの作動流体の流量に応じて前記一つの作動流体が前記放熱部をバイパスするようにする分岐部、
を含むことを特徴とする車両用熱交換器。
【請求項20】
前記第1作動流体は、第1流入ホールを通じて前記放熱部に流入され、第1排出ホールを通じて前記放熱部から流出され、前記第1流入ホールと前記第1排出ホールは第1連結流路により連結され、
前記第2作動流体は、第2流入ホールを通じて前記放熱部に流入され、第2排出ホールを通じて前記放熱部から流出され、前記第2流入ホールと前記第2排出ホールは第2連結流路により連結され、
前記第3作動流体は、第3流入ホールを通じて前記放熱部に流入され、第3排出ホールを通じて前記放熱部から流出され、前記第3流入ホールと前記第3排出ホールは第3連結流路により連結され、
前記第1、第2、第3流入ホールは、前記放熱部の長さ方向に一面両側にそれぞれ形成され、
前記第1、第2、第3排出ホールは、前記第1、第2、第3流入ホールから離隔しており、前記放熱部の長さ方向に一面両側に形成されることを特徴とする請求項19に記載の車両用熱交換器。
【請求項21】
前記分岐部は、前記第1流入ホールと第1排出ホールを連結し、前記放熱部の一面で突出して形成されることを特徴とする請求項20に記載の車両用熱交換器。
【請求項22】
前記第1流入ホールと第1排出ホールは、前記放熱部の一面で対角線方向に各角部に形成されることを特徴とする請求項20に記載の車両用熱交換器。
【請求項23】
前記第2流入ホールと第2排出ホールは、前記放熱部の一面で前記第1流入ホールが形成された一側に斜線方向に形成され、前記第1流入ホールと第1排出ホールに互いに対向するように形成されることを特徴とする請求項20に記載の車両用熱交換器。
【請求項24】
前記第3流入ホールと第3排出ホールは、前記放熱部の一面で前記第1排出ホールが形成された他側に斜線方向に形成され、前記第1流入ホールと第1排出ホールに互いに対向するように形成されることを特徴とする請求項20に記載の車両用熱交換器。
【請求項25】
前記第1作動流体は、ラジエータから流入される冷却水であり、前記第2作動流体は、自動変速機から流入される変速機オイルであり、前記第3作動流体は、エンジンから流入されるエンジンオイルであることを特徴とする請求項20に記載の車両用熱交換器。
【請求項26】
前記冷却水は、第1流入ホール、第1連結流路および第1排出ホールを通じて循環し、前記変速機オイルは、第2流入ホール、第2連結流路および第2排出ホールを通じて循環し、前記エンジンオイルは、第3流入ホール、第3連結流路および第3排出ホールを通じて循環し、
前記第1連結流路と交番的に形成される第2、3連結流路は、リブを通じて区画されることを特徴とする請求項25に記載の車両用熱交換器。
【請求項27】
前記リブは、前記第2連結流路と第3連結流路を通じてそれぞれ流動する変速機オイルとエンジンオイルが混合されることを防止するように前記放熱部の長さ方向中央部に形成されることを特徴とする請求項26に記載の車両用熱交換器。
【請求項28】
前記分岐部は、前記第1流入ホールと第1排出ホールに近接した位置で、前記第1連結流路とは別途に、前記第1流入ホールに流入された冷却水を前記第1排出ホールに直ちに排出させるように形成されたバイパス流路を備えることを特徴とする請求項26に記載の車両用熱交換器。


【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate

【図7】
image rotate

【図8】
image rotate

【図9】
image rotate

【図10】
image rotate

【図11】
image rotate

【図12】
image rotate

【図13】
image rotate

【図14】
image rotate

【図15】
image rotate


【公開番号】特開2013−113579(P2013−113579A)
【公開日】平成25年6月10日(2013.6.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−131952(P2012−131952)
【出願日】平成24年6月11日(2012.6.11)
【出願人】(591251636)現代自動車株式会社 (1,064)
【Fターム(参考)】