KR101014535B1 - 유체관로가 형성된 캡을 구비하는 열교환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 열교환장치는, 내부공간으로 고온유체가 유입 및 유출되는 하우징; 상기 하우징을 관통하도록 배열되는 튜브; 상기 튜브의 양측 입구를 덮도록 상기 하우징에 장착되어 상기 튜브 내부로 저온유체가 지날 수 있도록 저온유체의 유동방향을 가이드하는 한 쌍의 캡; 상기 캡 내부를 관통하는 유체관로;를 포함하여 구성된다.

본 발명에 의한 열교환장치는, 하우징의 형상 및 구성을 변경시키지 아니하고 캡 형상만을 변형시킴으로써 서로 다른 종류의 고온유체를 냉각시킬 수 있고, 이에 따라 하나의 엔진에 요구되는 열교환장치의 개수를 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.

열교환, 열전달, 냉각, 냉각수, 해수, 연료, 캡

Description

유체관로가 형성된 캡을 구비하는 열교환장치{Heat exchanger with cap having fuel cooling pipe}

본 발명은 고온유체가 지나는 하우징과 상기 하우징 내부에 설치되어 저온유체가 지나는 튜브와 연통되도록 상기 하우징의 양단에 결합되는 캡을 구비하는 열교환기에 있어서, 유체관로가 상기 캡을 관통하도록 형성되어 상기 유체관로를 지나는 연료가 상기 캡 내부의 저온유체에 의해 냉각될 수 있도록 구성되는 열교환장치에 관한 것이다.

동력을 발생시키기 위한 엔진에는 구동 시 발생되는 열을 냉각시키는 것이 매우 중요한 요소이며, 특히 보트에 장착되는 마린엔진에 있어서는 엔진 냉각수를 냉각시키기 위한 냉각수 열교환기와, 공기를 냉각시키기 위한 인터쿨러와, 기어오일 및 파워스티어링 오일을 냉각시키기 위한 기어/파워스티어링 오일쿨러와, 연료를 냉각시키기 위한 연료쿨러 등 여러 종류의 열교환장치가 요구된다.

이때 마린엔진은 상대적으로 온도가 낮은 해수를 이용하여 엔진 냉각수, 공기, 기어오일, 파워스티어링 오일, 연료 등을 냉각시키도록 구성된다. 즉, 상기 냉각수 열교환기와 인터쿨러와 기어/파워스티어링 오일쿨러와 연료쿨러는, 엔진 냉각 수와 공기와 기어오일과 파워스티어링 오일과 연료가 각각 해수와 열교환이 이루어지도록 함으로써 냉각효과를 얻을 수 있도록 구성된다는 점에 있어, 동일한 냉각 원리를 갖는 열교환장치라 할 수 있다.

이하에서는 통상적인 열교환장치의 구성에 관하여 상세히 설명한다.

도 1은 종래 열교환장치의 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 종래의 열교환장치는, 내부공간으로 고온유체가 유입 및 유출되는 하우징(10)과, 상기 하우징을 관통하도록 배열되는 다수 개의 튜브(20)와, 상기 튜브(20) 내부로 저온유체가 지날 수 있도록 저온유체의 유동을 가이드하도록 구성되어 상기 하우징(10)의 양측에 각각 결합되는 한 쌍의 캡(30)을 포함하여 구성된다.

상기 하우징(10)은, 내부공간이 길이방향으로 관통하는 파이프형상으로 형성되며, 외주면 상에 고온유체유입구(12) 및 고온유체유출구(14)가 각각 형성되어 외부로부터 고온유체가 내부공간으로 유입되며 내부공간 내의 고온유체가 외부로 배출될 수 있도록 구성된다.

또한, 상기 하우징(10)의 내부공간과 튜브(20)의 내부가 격리되도록 상기 하우징(10) 내부공간의 양측 입구를 덮는 덮개판(16)이 구비되며, 상기 튜브(20)는 양단이 상기 덮개판(16)의 외측으로 노출되도록 장착된다. 이때, 상기 덮개판(16)과 튜브(20)는 일체로 형성된 뒤, 상기 하우징(10)에 결합되도록 구성될 수도 있다.

이때, 캡(30)은 외부로 노출되는 튜브(20)의 양단을 덮을 수 있도록 하우 징(10)의 양측에 각각 하나씩 결합되며, 일측 캡(30)에는 외부로부터 저온유체를 유입받기 위한 저온유체유입구(32)와 내부의 저온유체를 외부로 배출시키기 위한 저온유체유출구(34)가 형성된다.

따라서 상기 저온유체유입구(32)를 통해 캡(30) 내부로 유입된 저온유체는 튜브(20)를 지나 타측 캡(30) 내부를 거친 후 다시 튜브(20)를 지나 일측 캡(30)에 형성된 저온유체유출구(34)를 통해 외부로 배출된다. 저온유체는 튜브(20)를 지나는 동안 하우징(10)의 내부를 지나는 고온유체와 열교환하여 상기 고온유체를 냉각시키게 된다.

그러나 상기와 같이 구성되는 종래의 열교환장치는 한 종류의 고온유체만을 냉각시킬 수 있다는 단점이 있다. 물론, 상기 하우징의 내부공간을 둘 이상으로 격리시키고 각각의 내부공간에 고온유체유입구와 저온유체유입구를 각각 형성하면 두 종류 이상의 고온유체를 냉각시킬 수 있지만, 이와 같은 경우 하우징의 설계 및 제작을 새로 해야하며 상기 하우징의 구성이 복잡해진다는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 하우징의 형상 및 구성을 변경시키지 아니하면서도 두 종류 이상의 고온유체를 냉각시킬 수 있도록 구성되는 열교환장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 열교환장치는,

내부공간으로 고온유체가 유입 및 유출되는 하우징;

상기 하우징을 관통하도록 배열되는 튜브;

상기 튜브의 양측 입구를 덮도록 상기 하우징에 장착되어 상기 튜브 내부로 저온유체가 지날 수 있도록 저온유체의 유동방향을 가이드하는 한 쌍의 캡;

상기 캡 내부를 관통하는 유체관로;

를 포함하여 구성된다.

상기 유체관로는 내부유로의 횡방향 단면이 원형 또는 다각형 형상으로 형성된다.

상기 유체관로는 내부유로에 하나 이상의 돌기(412)가 형성된다.

하나 이상의 관통공이 형성되어 연료의 흐름방향과 교차하는 방향으로 상기 유체관로의 내부유로에 장착되는 격판을 더 포함한다.

상기 격판은 관통공을 가로지르는 가로격판과 세로격판이 각각 하나 이상 구비된다.

상기 유체관로는 캡과 일체로 제작된다.

상기 고온유체는 엔진 냉각수이고, 상기 저온유체는 해수(sea water)이며, 상기 유체관로로 유입되는 유체는 엔진으로 공급되는 연료이다.

본 발명에 의한 열교환장치는, 하우징의 형상 및 구성을 변경시키지 아니하고 캡 형상만을 변형시킴으로써 서로 다른 종류의 고온유체를 냉각시킬 수 있고, 이에 따라 하나의 엔진에 요구되는 열교환장치의 개수를 감소시킬 수 있다는 장점 이 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 열교환장치의 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 열교환장치의 사시도이고, 도 3은 본 발명에 의한 열교환장치의 단면도이며, 도 4는 본 발명에 의한 열교환장치에 포함되는 캡의 배면도이다.

본 발명에 의한 열교환장치는, 상측에 형성된 고온유체 유입구(110)를 통해 내부공간으로 고온유체가 유입되고 내부공간의 고온유체가 하측에 형성된 고온유체 유출구(120)를 통해 외부로 배출되는 하우징(100)과, 상기 하우징(100)을 관통하도록(더 정확하게는 하우징(100)의 내부공간에 위치되도록) 배열되는 다수개의 튜브(200)와, 상기 튜브(200)의 양측 입구를 덮도록 상기 하우징(100)에 장착되어 하우징(100)의 내부공간과 튜브(200)의 내부유로(410)를 격리시키는 한 쌍의 캡(300)을 포함하여 구성된다.

하우징(100)의 일측(도 3에서는 하우징(100)의 우측)에 결합되는 캡(300)에는 저온유체 유입구(310)가 형성되고, 하우징(100)의 타측(도 3에서는 하우징(100)의 좌측)에 결합되는 캡(300)에는 저온유체 유출구(320)가 형성되는바, 상기 저온유체 유입구(310)를 통해 유입되는 저온유체는 튜브(200)를 지나 반대측 캡(300)에 형성된 저온유체 유출구(320)를 통해 외부로 배출된다. 이때, 튜브(200)를 지나는 저온유체는 하우징(100)의 내부공간을 지나는 고온유체보다 온도가 낮으므로, 하우징(100)의 내부공간으로 유입되는 고온유체는 튜브(200)를 통해 저온유체로 열을 전달하여 냉각된 후 고온유체 유출구(120)를 통해 외부로 배출된다.

즉, 본 실시예에 도시된 열교환장치는 하우징(100)의 내부공간으로 엔진 냉각수가 지나고 상기 튜브(200)로 해수(sea water)가 흐르도록 구성되는 마린엔진용 냉각수 열교환기이므로, 하우징(100)의 내부공간으로 유입된 엔진 냉각수는 튜브(200)와 접촉됨으로써 냉각된다.

이와 같이 온도가 상이한 두 유체 간에 열전달이 일어나도록 함으로써 고온의 유체를 냉각시키는 원리 및 유로구조는 종래의 열교환장치에도 동일하게 적용되고 있는바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이때, 본 발명에 의한 열교환장치는, 상기 하우징(100)의 길이방향 양측에 결합되는 캡(300)이 단순히 외부로부터 유입되는 저온유체를 각 튜브(200)로 전달하고 각 튜브(200) 내의 저온유체가 외부로 배출되도록 저온유체의 유동방향을 가이드하는 역할뿐만 아니라, 상기 하우징(100) 내부공간으로 유입되는 고온유체와 다른 종류의 고온유체를 냉각시키는 역할까지 할 수 있도록 구성된다는 점에 가장 큰 특징이 있다.

상기와 같은 기능이 가능하도록, 본 발명에 의한 열교환장치는, 상기 캡(300) 내부를 관통하는 유체관로(400)를 추가로 구비한다. 즉, 상기 캡(300) 내부는 저온유체로 채워지므로, 상기 유체관로(400)를 지나는 유체는 캡(300) 내부의 저온유체와 열교환됨으로써 냉각된다.

이때 상기 유체관로(400)는, 캡(300) 내부의 저온유체와 접촉되는 면적이 비교적 작으므로 냉각효과가 비교적 낮지만, 엔진으로 공급되는 연료를 냉각시키는 것과 같이 냉각효과가 클 필요가 없는 용도로는 충분히 활용될 수 있다.

또한, 상기 유체관로(400)는 캡(300)과 별도로 제작된 후 상기 캡(300)을 관통하도록 결합될 수 있으나, 이와 같은 경우 캡(300)과 유체관로(400) 사이의 미세한 틈으로 저온유체가 외부로 새어 나올 우려가 있다. 따라서 상기 유체관로(400)는 캡(300)과 일체로 제작됨이 바람직하며, 상기 유체관로(400)와 캡(300)이 한 번의 주조공정을 통해 제작됨이 더욱 바람직하다.

도 5는 본 발명에 의한 열교환장치에 포함되는 유체관로(400)의 실시가능 형상을 도시한다.

본 발명에 포함되는 유체관로(400)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 내부유로(410)의 횡단면이 원형을 이루도록 즉, 원형파이프 형상으로 형성될 수 있으나, 이와 같은 경우 유체관로(400)의 내부유로(410)를 지나는 유체와 유체관로(400) 간의 접촉면적이 작아지므로 열전달 효과를 향상시키는데 한계가 있다.

따라서 상기 유체관로(400)는 내부유로(410)를 지나는 유체와의 접촉면적이 증대되도록, 도 5의 (a) 내지 (d)에 도시된 바와 같이 내부유로(410) 횡방향 단면이 사각형, 별, 팔각, 십자 등 다양한 종류의 다각형 형상으로 형성됨이 바람직하 다.

또한 상기 유체관로(400)는 도 5의 (e)에 도시된 바와 같이 내부유로(410)에 하나 이상의 돌기(412)가 형성될 수도 있다. 이와 같이 상기 유체관로(400)의 내부유로(410)에 돌기(412)가 형성되면, 내부유로(410)를 지나는 유체와의 접촉면적이 증대될 뿐만 아니라 유체의 흐름에 와류가 발생됨으로써 냉각효율이 더욱 향상될 수 있다는 장점이 있다.

도 6 및 도 7은 본 발명에 의한 열교환장치에 포함되는 유체관로의 제2 실시예 횡단면도 및 사시도이다.

본 발명에 포함되는 유체관로(400)는, 내부유로(410)를 지나는 유체의 열전달효율 증대를 위해, 상기 내부유로(410)를 가로지르는 격판(420)이 하나 이상 형성될 수 있다.

이와 같이 격판(420)이 내부유로(410)에 형성되면, 내부유로(410)를 지나는 유체와 유체관로(400) 간의 접촉면적이 증대되므로 유체관로(400)의 내부유로(410)를 지나는 유체의 냉각효과를 향상시킬 수 있게 된다.

이때, 상기 격판(420)은 내부유로(410)를 가로방향과 세로방향으로 가로지르는 가로격판(424)과 세로격판(426)으로 구분될 수 있으며, 상기 가로격판(424)과 세로격판(426)은 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 하나의 내부유로(410)에 각각 하나씩 형성될 수도 있고, 도 7의 (b)와 같이 둘 이상씩 형성될 수도 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

도 1은 종래 열교환장치의 사시도이다.

도 2는 본 발명에 의한 열교환장치의 사시도이다.

도 3은 본 발명에 의한 열교환장치의 단면도이다.

도 4는 본 발명에 의한 열교환장치에 포함되는 캡의 배면도이다.

도 5는 본 발명에 의한 열교환장치에 포함되는 유체관로의 실시가능 형상을 도시한다.

도 6 및 도 7은 본 발명에 의한 열교환장치에 포함되는 유체관로의 제2 실시예 횡단면도 및 사시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 하우징 110 : 고온유체 유입구

120 : 고온유체 유출구 200 : 튜브

300 : 캡 310 : 저온유체 유입구

320 : 저온유체 유출구 400 : 유체관로

410 : 내부유로 420 : 격판

Claims (7)

1. 내부공간으로 고온유체가 유입 및 유출되는 하우징(100);

   상기 하우징(100)을 관통하도록 배열되고, 상기 고온유체가 흐르는 공간과 분리된 내부를 갖는 튜브(200);

   상기 튜브(200)의 양측 입구를 덮도록 상기 하우징(100)에 교체 가능하게 장착되고, 상기 튜브(200) 내부로 저온유체가 지날 수 있도록 저온유체유입구(310)와 저온유체유출구(320)가 형성되어 저온유체의 유동방향을 가이드하는 한 쌍의 캡(300);

   상기 캡(300) 내부를 관통하도록 상기 캡(300)과 일체로 형성되는 유체관로(400);

   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 유체관로(400)는 내부유로(410)의 횡방향 단면이 원형 또는 다각형 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 유체관로(400)는 내부유로(410)에 하나 이상의 돌기(412)가 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 유체관로(400)는, 내부유로(410)를 가로지르는 격판(420)이 하나 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 격판(420)은, 상기 내부유로(410)를 상호 교차하는 방향으로 가로지르는 가로격판(424)과 세로격판(426)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
6. 삭제
7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 고온유체는 엔진 냉각수이고, 상기 저온유체는 해수(sea water)이며, 상기 유체관로(400)로 유입되는 유체는 엔진으로 공급되는 연료인 것을 특징으로 하는 열교환장치.

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