KR101077026B1 - 인터쿨러 시스템 - Google Patents

Abstract

인터쿨러 시스템에 있어서, 다수의 타원형 방열핀홀(112)이 천공되어 있으며, 소정의 간격을 두고 적층되어 있는 복수의 방열핀(110); 와 상기 적층된 방열핀(110)들의 타원형 방열핀홀(112) 내부로, 삽입되어져 있는 단면이 타원인 복수의 튜브(150);와 상기 튜브(150)의 양측에 튜브 단부가 튜브시트홀(122)을 통해, 삽입 결착되어져 있는 한 쌍의 튜브시트(120); 를 포함하는 것을 특징으로 하되, 상기 튜브(150) 외면과 방열핀홀(112)은 삽입된 튜브외면과 방열핀홀 내주면의 유격을 제거하기 위하여, 상기 튜브 내부로 타원형의 확관수단을 밀어 넣어 튜브 (150) 들과 방열핀홀(112)이 완전히 결착 되도록 되어 있으며, 튜브(150)의 양쪽 단부는 외력이 가해져서, 튜브의 타원 단면 중 장축(長軸)의 길이를 축소시켜 유사 원형으로 성형되어진 후, 상기 튜브시트 홀(122)에 삽입되며, 각 튜브 단부(c부분) 내부로, 단면이 원형인 확관수단이 밀어넣어져, 튜브시트홀(122)면과 튜브 단부(c부분)이 완전히 결착된 후, 상기 튜브단부 중 튜브시트(120) 밖으로 돌출된 부위(c'부분)을 커팅되어짐으로써, 방열핀(110)과 튜브(150)와 튜브시트(120)가 일체화가 됨을 특징을 하는 인터쿨러 시스템이 제시된다.

Description

인터쿨러 시스템{Intercooler system}

본 발명은 인터쿨러 시스템에 관한 기술 분야에 속한다. 보다 상세하게는, 타원형 단면을 가진 튜브 및 그 형상에 대응된 방열핀을 냉각 수단으로 사용하여 인터쿨러 시스템 제조 공정을 완성하되, 튜브시트홀의 형상은 생산성을 위하여 정원으로 형성하도록 하며, 튜브시트와 튜브의 결합을 위한 튜브 변형 및 확관 공정을 거쳐 제작되는 인터쿨러 시스템에 관한 것이다.

통상의 선박용 인터쿨러는 엔진의 흡입공기를 냉각시켜 공기 밀도를 크게 하여, 흡입공기량을 증대시킴으로써 엔진출력을 향상시키기 위한 시스템으로서,냉각수가 지나가는 튜브와 튜브 주위에 결합되어 열전달을 촉진하는 방열핀 및 튜브/방열핀 결합체를 지지하는 튜브시트 및 사이드 플레이트 등 기타 구성요소들을 결합하여 제조하게 된다.

냉각수가 흐르는 튜브는 통상 원형 단면을 가진 원형 튜브가 사용되므로 냉각을 위해 튜브 주위로 흐르는 공기유동시 튜브 후방으로 웨이크가 발생하고 압력 구배가 튜브 주위로 심하여 원활한 열전달이 되지 못한 현상이 발생되고 있음에도 이를 개선한 인터쿨러 시스템은 개발되지 못한 실정이다.

또한, 종래의 방열핀과 튜브는 별도로 제작되지 못하였기 때문에 방열핀과 튜브에 결함으로 인한 수리시, 인터쿨러를 어셈블리 상태로 통째 교환해야 했고 이에 따르는 경비 부담이 큰 실정이 반복되고 있음에도 이를 개선할 효과적인 인터쿨러 제조 공정이 제시되지 못하고 있는 실정이다.

상기의 문제점에 착안하여 본 발명을 통하여, 보다 효과적인 열전달 능력을 갖춤으로써 에너지 소비가 적으며, 인터쿨러의 다운사이징이 가능한 혁신적인 인터쿨러 시스템 제조 공정을 제시하고자 하며, 또한 보다 낮은 경비로 인터쿨러 내의 방열핀/튜브 만을 교체할 수 있는 인터쿨러를 제시한다.

본 발명에서 해결하려는 과제는 다음과 같이 요약된다.

첫째, 타원형 단면을 가진 튜브를 냉각 튜브로 사용함으로써, 종래의 원형 튜브 보다 열전달을 촉진시킬 수 있으며, 냉각 공기의 유동을 원활하게 함은 물론, 강도 면에서도 원형 단면의 튜브 보다 강하여 내구성이 뛰어난 장점을 갖춘 인터쿨러 시스템을 제시하는 것이다.

둘째, 인터쿨러의 요소 중 튜브와 방열핀을 가조립한 후 확관하여, 독립적인 결합체를 완성함으로써 인터쿨러 시스템을 수리,교환할 때 종래와 같이 어셈블리 상태로 통째 교환이 아닌, 튜브/방열핀 결합체 만을 용이하게 교환할 수 있는 인터쿨러 시스템을 제시하는 것이다.

아울러, 튜브/방열핀 결합체 교환을 통해서 수리 시간을 대폭 줄일 수 있고, 수리비용을 현저히 줄일 수 있도록 함을 해결과제 중 하나로 한다.

세째, 열전달율을 크게 향상시킴으로써 이산화탄소 배출을 크게 줄일 수 있으며, 열전달율이 향상된 만큼 인터쿨러의 크기를 줄일 수 있어서(down sizing) 제작 단가를 낮출 수 있고, 차지하는 공간이 줄어들며, 운반 등 핸들링시 더욱 간편하다는 이점을 갖춘 인터쿨러 시스템을 제시하는 것이다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 다음과 같은 해결 수단을 제시하고자 한다..

인터쿨러 시스템에 있어서, 다수의 타원형 방열핀홀(112)이 천공되어 있으며, 소정의 간격을 두고 적층되어 있는 복수의 방열핀(110); 와 상기 적층된 방열핀(110)들의 타원형 방열핀홀(112) 내부로, 삽입되어져 있는 단면이 타원인 복수의 튜브(150);와 상기 튜브(150)의 양측에 튜브 단부가 튜브시트홀(122)을 통해, 삽입 결착되어져 있는 한 쌍의 튜브시트(120); 를 포함하는 것을 특징으로 하되, 상기 튜브(150) 외면과 방열핀홀(112)은 삽입된 튜브외면과 방열핀홀 내주면의 유격을 제거하기 위하여, 상기 튜브 내부로 타원형의 확관수단을 밀어 넣어 튜브 (150) 들과 방열핀홀(112)이 완전히 결착 되도록 되어 있으며, 튜브(150)의 양쪽 단부는 외력이 가해져서, 튜브의 타원 단면 중 장축(長軸)의 길이를 축소시켜 유사 원형으로 성형되어진 후, 상기 튜브시트 홀(122)에 삽입되며, 각 튜브 단부(c부분) 내부로, 단면이 원형인 확관수단이 밀어넣어져, 튜브시트홀(122)면과 튜브 단부(c부분)이 완전히 결착된 후, 상기 튜브단부 중 튜브시트(120) 밖으로 돌출된 부위(c'부분)을 커팅되어짐으로써, 방열핀(110)과 튜브(150)와 튜브시트(120)가 일체화가 됨을 특징을 하는 인터쿨러 시스템이 제시된다.

기타 본 발명의 바람직한 실시예 및 본 발명의 제조과정 등 상세한 사항은 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서 상술하기로 한다.

본 발명의 인터쿨러 시스템에 의하면 다음과 같은 효과가 발휘될 수 있다.

첫째, 타원형 단면을 가진 튜브를 냉각 튜브로 사용함으로써, 종래의 원형 튜브 보다 열전달을 촉진시킬 수 있으며, 냉각 공기의 유동을 원활하게 함은 물론, 강도 면에서도 원형 단면의 튜브 보다 강하여 내구성이 뛰어난 장점이 있다.

둘째, 인터쿨러의 요소 중 튜브와 방열핀을 가조립한 후 확관하여, 독립적인 결합체를 완성함으로써 인터쿨러 시스템을 수리,교환할 때 종래와 같이 어셈블리 상태로 통째 교환이 아닌, 튜브/방열핀 결합체 만을 용이하게 교환할 수 있어서, 인터쿨러 수리 시간을 대폭 줄일 수 있고, 그 수리 비용을 현저히 줄일 수 있는 장점이 있다.

세째, 열전달율을 크게 향상시킴으로써 이산화탄소 배출을 크게 줄일 수 있으며, 열전달율이 향상된 만큼 인터쿨러의 크기를 줄일 수 있어서(down sizing) 제작 단가를 낮출 수 있고, 차지하는 공간이 줄어들며, 운반 등 핸들링시 더욱 간편하다는 이점이 있다.

도 1은 본 발명 공정에 의한 인터쿨러 본체의 외관 사시도,
도 2는 도 1의 분해사시도,
도 3은 도 1의 구성요소중 튜브시트에 방열핀/튜브 블럭이 장착된 사시도,
도 4는 도 3의 구성요소중 튜브시트를 제거한 상태에서의 방열핀/튜브의 실물 촬영 사진,
도 5는 도 4의 방열핀/튜브 블럭을 복수개로 나타낸 사시도,
도 6은 도 4에서 사용된 방열핀을 근접 촬영한 사진,
도 7은 도 3의 구성요소중 튜브시트만을 분리한 사시도,
도 8은 튜브를 튜브와 결합시키기 위한 공정 설명을 위한 도면,
도 9는 튜브시트에 튜브를 장착한 이후의 공정을 설명하기 위한 도면,
도 10은 튜브를 튜브시트에 장착하는 공정 과정 중 튜브의 외형 가공에 대한 설명을 위한 도면,
도 11은 튜브시트에 튜브를 삽입한 후 익스팬더에 의해서 튜브시트홀 내부에 튜브를 완전 밀착, 결속시키는 과정을 설명하기 위한 도면,
도 12는 본 발명에 사용되는 타원형(oval type)의 튜브의 장점을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 확관수단의 외형 촬영사진이다.
도 14 내지 도 16은 인터쿨러 수리 과정을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도면을 참조하며 구체적으로 설명한다. 다만, 본 발명의 권리범위는 실시예에만 한정되는 것은 아니고, 특허청구범위에서 파악되는 모든 균등 범위의 발명은 모두 본 발명의 권리범위에 속한다는 것을 미리 밝혀 둔다.

본 발명에 따른 인터쿨러 시스템 제조공정 과정은 다음과 같은 단계를 포함한다. 다만, 당업자 수준에서 하기 여러 단계 중 일부 단계의 순서를 다소 변경하더라도 본 발명의 권리 범위에 속함은 자명하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인터쿨러 시스템에 있어서,

다수의 타원형 방열핀홀(112)이 천공되어 있으며, 소정의 간격을 두고 적층되어 있는 복수의 방열핀(110); 와

상기 적층된 방열핀(110)들의 타원형 방열핀홀(112) 내부로, 삽입되어져 있는 단면이 타원인 복수의 튜브(150); 와

상기 튜브(150)의 양측에 튜브 단부가 튜브시트홀(122)을 통해, 삽입 결착되어져 있는 한 쌍의 튜브시트(120); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 가장 큰 특징은 온수가 흘러가는 튜브의 외형이 타원 형상으로 되어 있어서, 냉각 효율과 공기 배출 효율이 현저히 상승된다는 점인데, 종래에는 이러한 타원 형상의 튜브는 전혀 제시되지 못하였고, 본 출원인은 이러한 형상의 튜브를 고안함과 동시에 그에 수반되는 각종 가공상의 문제점을 모두 극복하여 본 출원을 통하여 전혀 새로운 인터쿨러 시스템을 제시하고자 한다.

또한, 상기 튜브(150) 외면과 방열핀홀(112)은 삽입된 튜브외면과 방열핀홀 내주면의 유격을 제거하기 위하여, 상기 튜브 내부로 타원형의 확관수단을 밀어 넣어 튜브(150)들과 방열핀홀(112)이 완전히 결착 되도록 되어 있으며, 튜브(150)의 양쪽 단부는 외력이 가해져서, 튜브의 타원 단면 중 장축(長軸)의 길이를 축소시켜 유사 원형으로 성형되어진 후, 상기 튜브시트 홀(122)에 삽입되며, 각 튜브 단부(c부분) 내부로, 단면이 원형인 확관수단이 밀어넣어져, 튜브시트홀(122)면과 튜브 단부(c부분)이 완전히 결착된 후, 상기 튜브단부 중 튜브시트(120) 밖으로 돌출된 부위(c'부분)을 커팅되어짐으로써, 방열핀(110)과 튜브(150)와 튜브시트(120)가 일체화가 됨을 특징으로 한다.

이하, 상기 본 발명의 인터쿨러 시스템의 제조 과정에 대해서 상세히 설명한다. 다만, 각 공정별로 당업자 수준에서 다양한 변형이 있을 수 있지만 그 제조된 인터쿨러는 모두 본 권리범위에 속함은 자명하다.

박판의 방열핀(110)을 준비하여 다수의 핀홀(112)을 천공하는 단계(1);

상기 방열핀(110)을 소정의 간격을 두고 적층하는 단계(2);

상기 적층된 방열핀(110)들의 핀홀(112) 내부로 단면이 타원인 튜브(150)들을 삽입하는 단계(3);

상기 튜브(150) 외면과 핀홀(112) 사이의 유격을 제거하기 위하여, 상기 튜브 내부로 타원형의 확관수단을 밀어 넣어 튜브(150)들과 핀홀(112)이 완전히 결착 되도록 하는 단계(4);

상기 튜브(150)와 방열핀(110)이 결착된 부위를 제외한, 튜브의 양쪽 단부에 외력을 가하여, 튜브의 타원 단면 중 장축(長軸)의 길이를 축소시키는 단계(5);

상기 튜브의 양쪽 단부를, 튜브시트(120)에 형성되어 있는 다수의 튜브시트홀(122)에 각각 삽입하는 단계(6);

상기 튜브시트 홀(122)에 삽입된 각각의 튜브 단부(c부분) 내부로, 단면이 원형인 확관수단을 밀어넣어서, 튜브시트홀(122)면과 튜브 단부(c부분)을 완전히 결착시키는 단계(7);

상기 튜브단부 중 튜브시트(120) 밖으로 돌출된 부위(c'부분)을 커팅하는 단계(8) (방열핀과 튜브와 튜브시트의 결합체 완성);

사이드플레이트(180a,180b)와 백커버(175)와 응축수 집수기(190) 및 채널커버(170)를, 상기 단계 7에서 결합 완료된 결합체와 조립하는 단계(9)

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 공정에 의한 인터쿨러 본체의 외관 사시도, 도 2는 도 1의 분해사시도, 도 3은 도 1의 구성요소중 튜브시트에 방열핀/튜브 블럭이 장착된 사시도이다.

본 발명의 제조 대상인 인터쿨러 시스템은, 산업용 엔진 특히 선박용 엔진에서 흡입공기를 냉각하기 위한 것으로서, 도 1에서와 같이 상방으로부터 공기가 공급되어 튜브 내부로 통과하는 물이 함유한 열을 효과적으로 배출시키는 시스템이다.

도 1의 각 구성요소들은 도 2에 도시된 바와 같이, 튜브(도 4참조, 150) 및 튜브를 인입시켜 일체화 되는 방열핀(110) 및 튜브 단부를 수용하는 한쌍의 튜브시트(120)가 본체(100)의 중심에 위치하고 있다.

그리고 상기 본체의 전, 후면에는 각각 채널커버(170, channel cover)와 백커버(175, back cover)가 위치하며, 본체의 양 옆에는 각각 사이드플레이트(180a, 180b)가 결합되고, 본체 아래면에는 응축수 집수기(190)가 위치하고 있다.

튜브 내부로 물이 흘러들어가고 나가는 통로는 각각 흡수구(160) 및 배수구(161)이다.

이하, 도 1과 같은 인터쿨러 시스템 본체의 제조 공정에 대하여 자세히 설명한다.

도 4는 도 3의 구성요소중 튜브시트를 제거한 상태에서의 방열핀/튜브의 실물 촬영 사진, 도 5는 도 4의 방열핀/튜브 블럭을 복수개로 나타낸 사시도, 도 6은 도 4에서 사용된 방열핀을 근접 촬영한 사진이다.

우선, 도 4에 도시된 블럭의 중간에 위치하고 있는 타원형 단면의 튜브들을 준비한다. 이러한 타원형의 튜브(150)들은 단면 중에서 장축(長軸, 타원의 지름 두 개 중에서 긴 지름을 가지는 축)을 위, 아래 방향으로 한 상태에서 방열핀(110)에 체결하게 된다.

본 발명에서 인터쿨러용 튜브를 타원 단면을 가진 튜브로 채용한 것은 최초로 소개하는 것으로서, 단순한 형상의 변경만이 아닌 기능적, 효과적인 면에서 탁월한 열전달 특성을 발휘하게 된다.

또한 타원 형상의 튜브라는 점에서 타 구성요소와의 결합 등 제조상의 어려운 점을 해결함으로써 아직까지 타사에서는 시도하지 못하였던 타원형 튜브를 장착한 인터쿨러 시스템 제조공정을 제시하는 것이다.

방열핀(110)은 소정의 간격을 두고서 복수개가 적층(도 4)되는데 통상 0.5 내지 2.0 mm 정도의 간격을 가지나 반드시 이에 한정됨은 아니다.

방열핀(110)에는 (도 6 참조) 상기 튜브(150)의 단면 외형에 대응되는 방열핀홀(112)가 형성되어 있다. 방열핀홀(112) 가장자리를 따라서는 0.5 내지 1.3mm 정도의 돌출부위가 형성되어 있다.

튜브(150)를 적층된 방열핀들의 방열핀홀(112)에 삽입한 후에는 방열핀홀과 튜브 사이에 약간의 유격이 있게 되는데, 확관 공정에 의해서 방열핀홀(112) 내주면으로 튜브 외주면이 완전 압착되도록 함으로써 도 4와 같은 방열핀/튜브가 결합된 블럭이 완성되게 된다.

방열핀홀(112)에 튜브(150)를 삽입한 채 행하는 확관 작업은 계란형 볼(미도시)을 튜브(150) 단부로 삽입하여 고압의 압력을 가함으로써 이루어지게 되는데, 이러한 계란형 볼이 튜브 내부를 관통하여 밀려 나감으로써 튜브 내경이 늘어나가게 되고 이로써 방열핀(112) 내부면에 튜브 외주면이 사이 공간이 메꿔지면서 방열핀과 튜브의 결합체가 제작되게 된다.

한편, 도 4의 방열핀홀(112) 사이사이에는 엠보싱 처리에 의한 돌기들(114)이 형성되어 있는데, 이는 방열핀 사이로 공기가 흐를 때, 난류(turbulent flow)를 발생시킴으로써 열전달을 촉진하기 위한 목적으로 형성되는 것이며, 방열핀 프레싱 작업시 돌기들(114)이 형성되어진다.

방열핀홀(122)에는 장축부분(a)와 단축부분(b)가 있는데 이 중 장축부분(a)는 튜브(150)의 단면 중 장축 길이보다 다소 크게 제작되며, 단축부분(b)은 튜브의 단면 중 단축 길이보다 다소 크게 제작되어야 튜브를 방열핀홀(112)에 삽입하기 원할할 것임은 자명하다.

도 4와 같이 튜브(150)와 방열핀(110)을 결합할 때, 튜브들은 다수의 층을 이루며 배치되는데, 도 4에서는 튜브가 3개의 층으로 형성되어 있고 이러한 층의 개수는 임의로 조절 가능하다.

다만, 동일한 층에 배치된 튜브들은 그 위 층의 각각의 튜브 직하부 위치가 아닌, 바로 위층의 튜브 사이 공간 직하부에 위치시킴으로써 위에서 아래로 흐르는 공기에 의한 열전달이 원활하게 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 본 발명에서는 튜브(150)와 방열핀(110) 결합체를 먼저 완성하게 되는데, 이러한 공정은 종래에는 제시되지 못한 기술이다.

종래 기술에서는 방열핀(110)과 튜브(150) 및 튜브시트(120)를 가조립한 후에 (종래의 결합체 형상은 도 3과 유사) 튜브 확관을 행하여 방열핀/튜브/튜브시트를 일체화하는 공정을 행하였다.

즉 종래에는 단면이 원형인 튜브를 사용하였고, 튜브를 수용하는 방열핀의 방열핀홀 역시 원형이었으며, 튜브시트홀(122) 형상도 원형으로서 확관(expanding) 작업은 튜브시트와의 가조립 상태 후에야 실시한 것이다.

그러나, 이러한 종래의 방법에는 큰 단점이 있었다. 즉 인터쿨러 본체를 통째로 교환하기 위해서는 인터쿨러 제조를 한 공장에서만 그 작업이 가능하였기 때문에 수리시 장소적 제약이 크다는 문제가 있었다.

본 발명에서는 단지 도 4와 같은, 튜브(150)와 방열핀(110) 결합체를 별도로 완성할 수 있어서, 인터쿨러 수리가 필요한 본선(선박) 내에서도 방열핀/튜브 결합체 교환이 손쉽게 이루어질 수 있는 장점이 있다.

제작 납기도 종래 기술에서는 약 25일이 소요된 반면 본 출원기술에서는 하루안에 작업이 가능하다는 것을 실제 적용에 의해 밝혀진 바 있다.

아울러 본 발명에 의한 튜브/방열핀 결합체 만을 교환하면 되므로, 기타 구성요소인 튜브시트(120), 사이드플레이트(180a, 180b), 응축수집수기(190)등을 재사용할 수 있어서 비용 절감 및 자원재활용 측면에서 매우 가치있는 기술이라고 할 수 있다. 자세한 수리 과정은 추후 설명한다.

도 7 이하 도면을 인용하며 다음 공정을 설명한다.

다음 단계로는 방열핀/튜브의 결합체 중, 튜브(150)의 양쪽 단부를 일정하게 변형시켜 튜브시트(120)의 튜브시트홀(122) 내부로 튜브 단부를 삽입하여 방열핀/튜브/튜브시트를 일체화시키는 공정을 행하는 단계이다. 이하 설명한다.

튜브시트(도 7, 120)는 상기 준비된 방열핀/튜브 결합체와 결합되는 부분으로서, 튜브 개수만큼 홀(122)이 형성되어 있어야 한다.

그런데, 이러한 튜브시트홀(122)은 가공성, 생산성 등을 감안하여 타원이 아닌 정원 형상으로 형성된다. 타원 형상으로 구멍을 형성하는 것 보다 정원 형태로 구멍을 튜브시트에 형성시키는 공정이 현저히 용이하기 때문이다.

상술된 바와 같이, 튜브(150)는 그 단면이 타원 형상인데, 튜브시트홀(122)은 타원이 아닌 원형으로 형성되므로 튜브의 단부를 정원 형상으로 변형을 가하여야만 튜브시트홀(122)홀에 압착되면서 유격 없이 일체화될 수 있다.

이하, 튜브(150)의 단부를 변형하여 튜브시트홀(122) 내부면에 압착, 결합시키는 공정을 설명한다.

즉, 도 4와 같이 그 단면이 타원인 튜브(150)의 단부를 도 8 상단 도면과 같이 되도록 다소 찌그러 뜨리는 작업을 수행한다.

이때 튜브 단면중 타원의 장축에 해당하는 부위에 힘을 가하여 단축 길이와 비슷할 정도로 변형시켜 원형에 가깝게 유사 원형으로 성형해야 한다.

도 8의 상단 도면은 양 단부를 다소 변형 튜브 단면 중에서 장축에 해당되는 부위를 변형한 결과물을 개략적으로 표현(실제 작업에서는 튜브 단부는 불규칙하게 찌그러진 형상으로 튜브 단면이 변형됨)한 것이며, 도 8 하단 좌측 도면은 A-A 선을 단면을 좌측에서 본 그림이다(튜브 장축길이 W, 변형후 길이 X).

도면부호 151에 해당되는 부분은 튜브의 우측 단부에 해당된다.

도 8 하단 우측 그림은 튜브 단부가 삽입될 튜브시트홀(122)을 도시하고 있는데(지름 Y) 변형된 튜브 단부길이(X)는 적어도 Y 보다는 작게 되어야만 튜브시트홀(122)로 삽입이 가능하다.

튜브 단부를 튜브시트홀(122)에 삽입한 후에는 튜브 외주면과 튜브시트홀 사이에 일정한 유격이 있으므로, 튜브시트(120)와 튜브(150)는 완전히 압착,결합된 상태가 아니다.

따라서, 튜브(150) 내부에 확관기(미도시)를 삽입하여, 튜브시트홀(122) 내주면에 튜브 외주면이 완전히 압착 결합되도록 하는 확관 공정을 행하여야 한다.

이러한 확관 공정은 도 11에 도시되어 있다. 다만 편의상 튜브(150)단부 형상을 찌그러진 형태가 아닌 원으로 표현하고 있다.

도 11의 좌측은 확관전이고 우측은 확관 진행 중 장면을 도시하고 있는데, 확관전에는 상술한 바와 같이 튜브(150)단부와 튜브시트홀(122) 사이에는 일정한 유격이 있으며, 확관 공정은 이를 메워서 튜브와 튜브시트를 일체화시키는 공정이다.

이러한 확관을 하기 위한 도구는 통상 확관기(expander)를 사용하는데, 도 13에 그 외형 사진이 도시되어 있으며, 통상적으로 사용되는 것이므로 상세한 설명을 생략한다. 도 11의 우측 그림의 h 부분만큼 확관이 되어져 있으며, h 아래의 부분을 더 확관하여 완전히 튜브시트홀(122) 내부를 튜브 단부로 꽉 메움으로써 확관 공정은 마무리 된다.

도 9 은 상기 확관 공정이 마무리 된 상태에서의 튜브시트(120)와 튜브(150) 및 방열핀(110)의 일부 단면도를 도시하고 있고 도 10은 도 9의 그림 중 튜브만을 도시하고 있다.

튜브시트홀(122) 밖으로는 튜브 단부가 다소 돌출된 부분이 있는데, 이 부분은(151) 커팅해서 제거하는 부분이다.

도 9의 튜브시트 두께(C)에 해당되는 부분만큼 도 10의 튜브 단부(c 부분)는 튜브시트홀(122) 내부에 삽입되는 부분이며 d는 천이부분이며, e 부분은 원래의 튜브 타원 단면부이다. 튜브(150)의 c부분은 확관 공정에 의해서 단면이 원형으로 되어 있다.

이와 같은 공정을 모두 마치면 튜브/방열핀/튜브시트 결합체가 완성되게 된다.(도 3)

이어서, 도 4에 도시된 사이드플레이트(180a,180b)와 백커버(175)와 응축수 집수기(190) 및 채널커버(170)를, 추가 결합하면 도 1과 같은 인터쿨러 본체(100)가 완성되는 것이다.

한편, 도 12는 본 발명의 인터쿨러 제조공정에서 사용하는 튜브인, 타원형(oval type) 튜브 형상을 적용하여 행한 유동장 해석과 압력분포 해석 시뮬레이션 결과이다.

도 12를 참조하면, 원형의 튜브(좌측)과 타원형 튜브(우측)를 사용하였을 때 공기 유동의 압력 감소(pressure drop) 결과를 보이고 있는데, 원형의 경우에서는 원형 부분 뒤쪽으로 웨이크(wake)가 발생하였고 이는 원형 전, 후면에 압력차이가 심하다는 것을 나타내는 것이다.

전체적인 압력 감소 측면에서, 타원형 튜브(우측)의 경우가 더 우수하다는 것을 보이고 있다. 나아가 복수개로 설치된 튜브의 사이로 흐르는 공기 유동에 의한 드래그 (drag) 역시 타원형의 튜브를 설치한 경우가 더 우수하다.

게다가, 타원형 튜브는 통상적인 원형 튜브에 비하여 외력에 견디는 능력이 뛰어나다.

본 출원인의 실험에 따르면, 튜브 외부로부터 3.8 bar의 압력을 외주면 90도 각도 범위에 걸쳐서 외력을 가한 결과 처짐량이 원형 단면의 튜브는 13.22mm 로 나타났으나, 동일 조건에서 타원형 튜브는 8.85mm 정도로 강도 측면에서 우수함을 확인한 바 있다.

도 14 내지 도 16은 인터쿨러 수리 과정을 설명하기 위한 도면이다.

상술된 바와 같이, 본 발명의 인터쿨러는 고장시 수리작업을 행함에 있어서도, 큰 장점을 보인다.

종래의 인터쿨러는 본체를 통째로 교환하기 위해서는 인터쿨러 제조를 한 공장에서만 그 작업이 가능하였기 때문에 수리시 장소적 제약이 크다는 문제가 있었다. 본 발명에서는 튜브(150)와 방열핀(110) 결합체를 별도로 완성할 수 있어서, 인터쿨러 수리가 필요한 본선(선박) 내에서도 방열핀/튜브 결합체 교환이 손쉽게 이루어질 수 있는 장점이 있다.

아울러 본 발명에 의한 튜브/방열핀 결합체 만을 교환하면 되므로, 기타 구성요소인 튜브시트(120), 사이드플레이트(180a, 180b), 응축수집수기(190)등을 재사용할 수 있어서 비용 절감 및 자원재활용 측면에서 매우 가치있는 기술이다.

이하, 도 14 내지 도 16 의 수리과정을 설명한다. 각 단계는 ①,②,③ .. 등으로 표기되어져 있다.

수리과정은 ①단계부터 ⑭단계 (도 14 ~도 16)까지로 구성되는데, 우선 수리가 필요한 인터쿨러를 제너레이터 엔진으로부터 분리한다(1단계). 그 다음 에어쿨러를 떼어내며(②단계), 사이드플레이트 등 각 구성요소들을 분리한다.(③단계)

이어서, 튜브/방열핀/튜브시트 결합체(④단계에서 도시된 결합체) 중에서 튜브시트에 끼워져 있는 튜브부위를 절단하여, ⑤단계 도시된 바와 같이 튜브시트 한 쌍을 따로 분리한다. 이때 튜브와 방열핀은 스크랩으로서, 폐기 처리 대상이다.

도 15의 첫번째 그림(⑥단계)에는 재사용 아이템(re-use item)들이 도시되어져 있다. ⑦단계에서는 튜브시트의 홀에 박혀 있는 튜브 잔여분을 빼내는 과정을 도시하고 있다. 이러한 과정(박힌 튜브 잔여분 제거)을 거치면 튜브시트홀를 재사용 할 수 있게 된다.

⑧단계에서는 교체를 위해 준비해둔 튜브와 방열핀 블럭이 도시되어져 있다.

이것은 앞서 스크랩으로 제거된 튜브와 방열핀 블럭 대신에 사용될 새로운 블럭이다.

⑨단계 이후 부터는 앞서 설명된 인터쿨러 제조방법과 동일하게 작업이 진행된다.

즉, 도 4 와 도 7 형태로 마련된 상태에서 새로운 제품 제조과정 작업과 동일하게 진행되어져 결국 ⑭단계와 같이 엔진에 장착됨으로써, 수리 작업이 완료되는 것이다.

이러한 수리 방법은 타사에서는 전혀 시도되거나 제안된 바 없는 본 출원인만의 독특한 기법으로서, 원가절감, 납기단축 등의 현저한 효과를 발휘하게 되며 본 발명의 인터쿨러는 향후 선박의 인터쿨러 구조와 제조공정 및 수리 공정에 일대 혁신적인 제품으로 평가될 것으로 본다.

100:인터쿨러 본체
110:방열핀
112:방열핀홀
120:튜브시트
122:튜브시트홀
150:튜브
160:흡수구
161:배수구
170:채널커버
175:백커버
180a,180b :사이드플레이트
190:응축수 집수기 W:장축(長軸)의 길이

Claims (4)

1. 인터쿨러 시스템에 있어서,
   다수의 타원형 방열핀홀(112)이 천공되어 있으며, 소정의 간격을 두고 적층되어 있는 복수의 방열핀(110); 와
   상기 적층된 방열핀(110)들의 타원형 방열핀홀(112) 내부로, 삽입되어져 있는 복수의 튜브(150); 와
   상기 튜브(150)의 양측에 튜브 단부가 튜브시트홀(122)을 통해, 삽입 결착되어져 있는 한 쌍의 튜브시트(120); 를 포함하는 것을 특징으로 하되,
   
   상기 튜브(150) 몸체 중, 상기 방열핀홀(112)로 삽입된 부분(e부분)은 열교환 효율 향상을 위하여 타원형상으로 형성되며,
   튜브시트홀(122)은 가공성, 생산성 향상을 위하여 타원이 아닌 정원 형상이며, 튜브시트홀(122)에 삽입, 결착되어진 튜브 단부(c,g 부분)도 정원 형상으로 구비되며,
   상기 e 부분으로부터 상기 c, g 부분 사이에는 천이 구간(d, f 부분)이 형성된 것을 특징으로 하며,
   상기 방열핀홀(112) 사이사이에는 엠보싱 돌기들(114)이 형성되어 방열핀 사이로 공기가 흐를 때, 난류(turbulent flow)를 발생시킴으로써 열전달을 촉진하며,
   
   상기 튜브(150)들과 방열핀홀(112)은 완전히 결착되어 있으며,
   튜브(150)의 양쪽 단부는 외력이 가해져서, 튜브의 타원 단면 중 장축(長軸)의 길이를 축소시켜 유사 원형으로 성형되어진 후,
   상기 튜브시트 홀(122)에 삽입되며, 각 튜브 단부(c부분) 내부로, 단면이 원형인 확관수단이 밀어넣어져, 튜브시트홀(122)면과 튜브 단부(c부분)이 완전히 결착되어져 있으며,
   
   상기 튜브(150)들은 복수개의 층으로 배치되며,
   동일한 층의 튜브들은 소정의 간격을 두고 배치되되,
   특정 층의 상하 층에 배치되는 튜브들은, 특정 층의 튜브 사이사이 공간에 배치됨으로써, 냉각을 위한 공기 흐름이 원활하게 되는 것을 특징으로 한
   인터쿨러 시스템.
   
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제

Images