KR101298382B1

KR101298382B1 - Ｅｇｒ 쿨러

Info

Publication number: KR101298382B1
Application number: KR1020060061857A
Authority: KR
Inventors: 김일환
Original assignee: 모다인 매뉴팩츄어링 컴파니
Priority date: 2006-07-03
Filing date: 2006-07-03
Publication date: 2013-08-20
Also published as: US8079410B2; KR20080003513A; US20080047685A1

Abstract

본 발명은 EGR 쿨러에 관한 것으로서, 특히, 냉각유체가 입출되는 탱크본체에 굴곡된 가스유로가 형성되도록 입출튜브가 삽입 설치되되, 입출튜브는 가스를 유입 및 배출시키기 위한 제1입출튜브 및 제2입출튜브를 포함하고 탱크본체에는 제1입출튜브와 제2입출튜브의 일단부를 상호 연통시키기 위한 연결하우징이 설치되는 구성으로, 유입된 가스와 냉각유체 간에 열교환 효율을 향상시키고, EGR 쿨러 를 자동차의 장착함에 있어서 효과적인 공간 활용이 가능한 특징이 있다.

탱크본체, 입출튜브, EGR 쿨러

Description

ＥＧＲ 쿨러{EGR COOLER}

도 1은 종래기술에 따른 EGR 쿨러를 도시한 종단면도.

도 2는 본 발명에 따른 EGR 쿨러를 도시한 분해 사시도.

도 3a는 도 2의 "AA"부분을 절개하여 도시한 종단면도.

도 3b는 도 2의 "BB"부분에서 바라본 후면도.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 변형예에 따른 EGR 쿨러를 도시한 분해 사시도.

도 5는 본 발명에 따른 EGR 쿨러의 격벽과 배플의 구성을 개략적으로 도시한 구성도.

도 6a은 도 5의 'CC'부분을 부분 절개하여 도시한 배플의 정면도.

도 6b는 본 발명의 변형예에 따라 도 5의 'CC'부분을 부분 절개하여 도시한 배플의 정면도.

도 7은 본 발명의 다른 변형예에 따른 EGR 쿨러를 도시한 분해 사시도.

도 8은 도 7의 'DD'부분을 절개하여 도시한 종단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>

100 : 탱크본체 110 : 연결하우징

120 : 커버플렌지 130 : 폐쇄면

140 : 냉각유로 150 : 냉각유체입구

160 : 냉각유체출구 170 : 격벽

180 : 배플 200 : 입출튜브

210 : 가스유로

본 발명은 EGR 쿨러에 관한 것으로서, 냉각유체가 입출되는 탱크본체에 굴곡된 가스유로가 형성되도록 입출튜브가 설치되어 냉각유체와 가스 간에 효과적인 열전달이 이루어지도록 하는 EGR 쿨러에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 배출가스에는 일산화탄소, 질소산화물, 탄화수소 등과 같은 유해물질이 다량 포함되어 있다. 특히 질소산화물과 같은 유해물질은 엔진이 고온일수록 발생량이 증가하게 되는데, 이러한 유해물질을 줄이기 위한 방법으로 배출가스 중 배기가스를 흡기계로 재순환시키며 실린더 내 연소온도를 낮추어 유해물질의 발생을 저감하는 배기가스 재순화장치인 EGR(Exhaust Gas Recirculation)이 사용된다. 이때 EGR에는 고온의 배기가스를 냉각수로 냉각시키기 위한 EGR 쿨러가 설치되는 바, 이하 첨부된 도면을 참조하여 종래 EGR 쿨러에 관하여 설명하기로 한다.

도 1은 종래 EGR 쿨러의 구성을 도시한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 EGR 쿨러는 원통형의 셀(1)과, 셀(1)의 양단부가 폐쇄되도록 셀(1)의 축심 방향 양단부에 설치되는 플레이트(2)와, 플레이트(2)를 관통하여 셀(1)의 내부 축심방향으로 연장 설치되는 다수의 튜브(3)로 구성된다. 이때, 셀(1)은 해당 양측부에 냉각수 입구관(4)와 냉각수 출구관(5)를 각각 구비하여 냉각수 입구관(4)으로부터 유입된 냉각수(9)가 튜브(3)의 외측을 따라 이동한 후 냉각수 출구관(5)을 통해 외부로 배출되도록 한다. 또한, 셀(1)은 해당 양단부에 배기가스 입구(7)와 배기가스 출구(8)가 형성된 보닛(6)을 각각 설치하여 배기가스 입구(7)로부터 유입된 배기가스(10)가 냉각수(9)와 열교환된 후 배기가스 출구(8)로 배출되도록 한다.

그러나, 이러한 종래기술에 따른 EGR 쿨러는 직선형의 튜브를 통해 배기가스가 수평이동하므로, 튜브와 냉각수 간에 효과적인 접촉이 이루어지지 않게 되고, 이들 간에 열교환되는 시간 또한 짧게 된다. 결국, 배기가스와 튜브 주위를 이동하는 냉각수 간의 열전달이 효과적으로 이루어지지 않게 되어 열교환 효율이 현저하게 낮게 되는 문제가 있었다.

또한, 튜브내 배기가스의 흐름이 약해지는 경우에는 배기가스 속에 포함된 그을음 등이 가스의 이동경로에 축적되어 배기가스의 흐름을 방해할 수 있다. 아울러, 각종 부품들을 집약적으로 배치해야 하는 자동차에 있어서, 종래 직선형의 EGR 쿨러는 다른 부품들의 배치를 공간적으로 제약할 수 있는 바, 자동차에서의 부품 배치가 효과적으로 이루어지지 않는다는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 전술된 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 가스와 냉각유체 간에 열전달이 효과적으로 이루어지지 하여 열교환 효율이 증대되도록 하는 EGR 쿨러를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 유입되는 가스의 원할한 흐름을 유도하고, 가스내 포함된 불순물의 축적을 방지하는 EGR 쿨러를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 냉각유체가 입출되는 탱크본체와, 굴곡된 가스유로가 형성되도록 상기 탱크본체에 삽입 설치되어 연통되는 입출튜브를 포함하는 EGR 쿨러에 있어서, 상기 입출튜브는 가스를 유입 및 배출시키기 위한 제1입출튜브 및 제2입출튜브를 포함하고, 상기 탱크본체에는 상기 제1입출튜브와 제2입출튜브의 일단부를 상호 연통시키기 위한 연결하우징이 설치되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 연결하우징의 내측면은 EGR 쿨러 내에 "U"자형의 가스유로를 형성하기 위한 라운딩면을 포함하고, 상기 연결하우징에는 분할플레이트에 의해 구획되는 복수개의 분할공간이 형성되고, 상기 분할플레이트에는 서로 다른 분할공간이 연통되도록 가스연통홀이 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 탱크본체의 내측에는 입출되는 동일한 양의 냉각유체가 이동되는 냉각유로를 형성하기 위한 격벽이 설치되고, 상기 냉각유로에는 복수개의 배플이 설치되고, 상기 격벽 및 배플에는 상기 냉각유로를 유동하는 냉각유체 중 일부의 냉각유체가 유동되는 냉각유체연통홀이 형성될 수 있다. 아울러, 상기 배플은 상기 냉각유로 상에 교호적으로 배치되고, 냉각유로 상에 과반 이상의 횡단면적을 차지할 수 있다.

첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 EGR 쿨러의 분해 사시도를 나타낸 도면이고, 도 3a는 도 2의 "AA"부분을 절개하여 나타낸 도면이고, 도 3b는 도 2의 "BB"부분에서 바라본 후면도이며, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 변형예에 따른 EGR 쿨러의 분해 사시도를 나타낸 도면이다.

도 2 내지 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 EGR 쿨러는 냉각유체가 입출되는 탱크본체(100)와, 상기 탱크본체(100)에 삽입 설치되되, 굴곡된 가스유로(210)가 형성되도록 연통되는 입출튜브(200)를 포함하여 구성된다.

구체적으로 상기 탱크본체(100)는 폐쇄면(130)이 일단에 형성되는 파이프 형상으로, 개방되는 입구측에는 커버플렌지(120)가 결합된다. 이때, 상기 커버플렌지(120)는 탱크본체(100)의 개방되는 일면을 폐쇄하고, 해당 가장자리에 복수개의 체결공(122)을 형성하여 탱크본체(100)가 인접한 부품에 고정되도록 한다.

또한, 상기 탱크본체(100)의 일측에는 냉각유체가 유입되는 냉각유체입구(150)와 유입된 냉각유체가 외부로 배출되는 냉각유체출구(160)가 각각 형성되고, 상기 탱크본체(100)의 내측에는 가스가 입출되는 입출튜브(200)가 삽입 고정되 어 상기 입출튜브(200)의 가스와 냉각유체 간에 열교환이 이루어지도록 한다.

특히, 상기 입출튜브(200)를 탱크본체(100) 내측에 삽입하기 위해서, 상기 탱크본체(100)의 폐쇄면(130)과 이에 대향 설치된 커버플렌지(120)에는 삽입공(121),(131)이 형성된다. 상기 삽입공(121),(131)은 상기 입출튜브(200)의 외경과 대응되는 형상을 가지며, 일정한 열과 행으로 상기 폐쇄면(130)과 커버플렌지(120)에 복수개 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 삽입공(121),(131)에는 입출튜브(200)의 양단부가 각각 고정되는데, 특히 상기 입출튜브(200)들이 상호 연통되도록 상기 폐쇄면(130)에는 이를 감싸며 고정되는 연결하우징(110)이 설치된다.

상기 연결하우징(110)은 상기 탱크본체(100)를 수평방향으로 관통 설치된 복수개의 입출튜브(200)를 상호 연통시켜 이들 간에 가스의 흐름이 이루어지도록 한다. 이때, 상기 폐쇄면(130)에 고정된 입출튜브(200)로부터 입출되는 가스가 상기 연결하우징(110)의 내면을 따라 'U'자형으로 유동되도록 상기 연결하우징(110)의 내면은 라운딩 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 입출튜브(200)는 내측으로 가스의 유동이 가능한 튜브형상으로, 상기 탱크본체(100)의 길이방향을 따라 연장 설치된다. 이러한 입출튜브(200)는 상기 탱크본체(100)에 가스를 유입시키기 위한 제1입출튜브(200a)와 유입된 가스를 외부로 배출시키기 위한 제2입출튜브(200b)로 구분할 수 있다. 여기서, 상기 제1입출튜브(200a)와 제2입출튜브(200b)는 기술적으로 특정되는 구성은 아니며, 다만, 상기 입출튜브(200) 내측으로 가스가 유입되면 제1입출튜브(200a)로 정의하고, 해 당 내측으로 가스가 배출되면 제2입출튜브(200b)로 정의한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2입출튜브(200a),(200b)는 상기 탱크본체(100)의 길이방향 중심축을 기준으로 일측부와 타측부에 각각 마련되는 구성이나, 도 4a에서 도시된 바와 같이, 상기 탱크본체(100)의 하부측에 제1입출튜브(200a)를 설치하고 상기 탱크본체(100)의 상부측에 제2입출튜브(200b)를 설치할 수도 있을 것이다.

이 경우 상기 연결하우징(110)은 하부에서 상부로 굴곡되는 'U'자형의 라운딩 내면을 갖도록 구성되는 것이 바람직하며, 이를 통해 상기 탱크본체(100)의 하부측에서 유입된 가스는 연결하우징(110)의 내면을 따라 상부로 이동된 후, 상기 탱크본체(100)의 상부측을 통해 외부로 배출될 수 있다.

또한, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 연결하우징(110)의 내측면은 반구형홈 형상의 라운딩면을 갖도록 형성될 수도 있다. 즉, 상기 연결하우징(110)의 내측면에는 상,하방향 또는 좌,우방향으로 라운딩되는 경우 뿐 아니라, 상기 연결하우징(110)의 내면 전체에 라운딩면이 형성되는 경우를 포함한다. 이로써 상기 연결하우징(110)의 내측으로 유입된 가스는 상기 연결하우징(110)의 내측라운딩면을 따라 원활하게 유동할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 EGR 쿨러의 격벽과 배플의 구성을 개략적으로 나타낸 것으로, 도 4에서 입출튜브의 구성을 제거한 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 탱크본체(100)의 내측공간에는 냉각유체입구(150)에서 냉각유체출구(160)까지 유동되는 냉각유체의 이동방향을 유도하기 위 한 격벽(170)이 설치된다. 상기 격벽(170)은 탱크본체(100)의 내측공간에 냉각유체가 이동되는 냉각유로(140)를 형성하는데, 상기 냉각유로(140)에는 냉각유체가 흐르는 진행방향과 수직방향으로 배치되는 복수개의 배플(180)이 형성된다. 상기 배플(180)은 냉각유로(140) 상에 과반 이상의 횡단면을 차지하도록 형성하고, 상기 냉각유로(140) 상에 교호적으로 배치하여 냉각유로(140)를 이동하는 냉각유체가 지그재그로 이동되도록 한다. 이로써, 냉각유체가 이동되는 냉각유로(140)가 연장되는 효과를 얻을 수 있다.

종래의 EGR 쿨러의 경우 가스가 이동되는 직선형의 튜브가 일방향으로 유동되는 냉각유체와 짧은 시간 접촉하며 열교환이 이루어지지만, 본 발명에 의한 EGR 쿨러의 경우 "U"자형의 가스 흐름이 이루어지는 튜브가 지그재그형으로 유동되는 냉각유체와 충분한 시간 접촉되며 열교환이 이루어지므로 이들 간의 열교환 효율이 상승하는 장점이 있다.

도 6a은 도 5의 'CC'부분을 부분 절개한 후 배플의 정면을 나타낸 도면이고, 도 6b는 본 발명의 변형예에 따라 도 5의 'CC'부분을 부분 절개한 후 배플의 정면을 나타낸 도면이다.

도 6a에 도시된 바와 같이, 상기 배플(180)에는 상기 탱크본체(100) 내로 삽입된 복수개의 입출튜브(200)가 관통가능한 관통공(181)이 형성되는데, 상기 관통공(181)은 상기 입출튜브(200)의 외경과 같거나 소정 직경 크게 형성되는 것이 바람직하다. 특히, 상기 관통공(181)이 입출튜브(200)의 외경보다 소정 직경 크게 형성하는 경우 상기 입출튜브(200)의 외경과 관통공(181) 사이에는 틈이 형성되는데, 이 틈을 통해 냉각유로(140)를 유동하는 냉각유체 중 일부가 이동될 수도 있다.

또한, 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 배플(180)에는 냉각유로(140)를 유동하는 냉각유체 중 일부가 이동가능한 별도의 냉각유체연통홀(182)이 복수개 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 탱크본체(100)의 특정 부분에 일정 이상의 압력이 발생되는 경우 냉각유로(140)를 유동 중인 냉각유체 일부가 상기 냉각유체연통홀(182)을 통해 유동될 수 있게 되어 탱크본체(100) 내의 전체적인 냉각유체 흐름이 원활하게 이루어질 수 있다. 도시되지는 않았지만, 이러한 냉각유체연통홀(182)은 상기 배플(180)에서 뿐만 아니라, 격벽(170)에도 형성 가능하며, 이를 통해 탱크본체(100) 내 냉각유체 흐름은 원활하게 유지할 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 변형예에 따른 EGR 쿨러의 분해 사시도를 나타낸 도면이고, 도 8은 도 7의 'DD'부분을 절개힌 종단면을 나타낸 도면이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 연결하우징(110)의 내측에는 상기 폐쇄면(130)에 형성된 복수개의 삽입공(121),(131)와 대응되도록 높이를 분할하는 복수개의 분할플레이트(111)가 설치된다. 이러한 복수개의 분할플레이트(111)는 연결하우징(110)의 내부공간을 구획하여 복수개의 분할공간(112)을 형성하므로 같은 높이에 위치한 폐쇄면(130)의 삽입공(131)들을 상호 연통시킨다. 이와 같이, 상기 분할공간(112)은 동일 높이의 삽입공(131)에 설치된 입출튜브(200)를 상호 연통시키는 바, 가스가 상기 제1입출튜브(200a)로부터 분할공간(112)에 유입되면, 유입된 가스는 해당 연결하우징(110)의 내면을 따라 이동한 후 제2입출튜브(200b)를 통해 외부로 배출된다.

도 8에 도시된 바와 같이, 상기 분할플레이트(111)에는 가스유로(210)를 유동하는 가스 중 일부 가스가 이동되는 가스연통홀(113)이 복수개 형성될 수 있다. 이러한 가스연통홀(113)은 서로 다른 위치에 형성된 분할공간(112)을 상호 연통시키므로 서로 다른 분할공간(112)에서 발생될 수 있는 압력차를 줄일 수 있고, 가스의 유동을 개선시킬 수 있다.

한편, 상기 분할플레이트(111)가 설치된 연결하우징(110)의 경우와, 분할플레이트(111)가 존재하지 않은 연결하우징(110)의 경우를 비교하여, 각각의 연결하우징(110) 내에서의 가스 흐름을 비교해 보면 다음과 같다.

먼저, 분할플레이트(111)가 존재하지 않은 연결하우징(110)의 경우(도 2 참고), 연결하우징(110)에 유입된 가스는 혼합되어 난류를 형성하므로 압력손실이 증대될 수 있고, 가스내에 포함된 그을음과 같은 불순물이 연결하우징(110) 내측에 축적되는 경향을 보인다. 이에 반해, 상기 분할플레이트(111)가 설치된 연결하우징(110)의 경우(도 6 참고), 상기 분할플레이트(111)에 의해 상,하부의 가스가 상호 혼합되지 않게 되어 가스 흐름이 원할하게 이루어지는 바, 결국 가스에 의해 발생되는 압력손실을 감소시킬 수 있고 그을음과 같은 불순물의 축적을 방지할 수 있을 것이다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자에게 있어서 자명할 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 탱크본체 내에 입출튜브 내를 유동하는 가스와 입출튜브 외부를 유동하는 냉각유체 간에 충분한 열접촉이 이루어지고, 열전달 시간이 확보하므로, 이들 간에 열교환 효율을 향상시킬 수 있다는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 유입되는 가스의 원할한 흐름을 유도하여 가스내 포함된 불순물의 축적을 방지할 수 있다. 아울러, 본 발명은 종래 직선형의 EGR쿨러에 비하여 자동차 내 다른 부품들과 조화롭게 배치될 수 있다는 이점이 있다.

Claims

냉각유체가 입출되는 탱크본체와, 굴곡된 가스유로가 형성되도록 상기 탱크본체에 삽입 설치되어 연통되는 입출튜브를 포함하는 EGR 쿨러에 있어서,

상기 입출튜브는 가스를 유입 및 배출시키기 위한 제1입출튜브 및 제2입출튜브를 포함하고,

상기 탱크본체에는 상기 제1입출튜브와 제2입출튜브의 일단부를 상호 연통시키기 위한 연결하우징이 설치되고,

상기 연결하우징에는 분할플레이트에 의해 구획되는 복수개의 분할공간이 형성되고,

상기 분할플레이트에는 서로 다른 분할공간이 연통되도록 가스연통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 EGR 쿨러.
청구항 1에 있어서,

상기 연결하우징의 내측면은

EGR 쿨러 내에 "U"자형의 가스유로를 형성하기 위한 라운딩면을 포함하는 것을 특징으로 하는 EGR 쿨러.
삭제
삭제
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 탱크본체의 내측에는

입출되는 동일한 양의 냉각유체가 이동되는 냉각유로를 형성하기 위한 격벽이 설치되는 것을 특징으로 하는 EGR 쿨러.
청구항 5에 있어서,

상기 냉각유로에는

복수개의 배플이 설치되는 것을 특징으로 하는 EGR 쿨러.
청구항 6에 있어서,

상기 격벽 또는 배플에는

상기 냉각유로를 유동하는 냉각유체 중 일부의 냉각유체가 유동되는 냉각유체연통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 EGR 쿨러.
청구항 6에 있어서,

상기 배플은

상기 냉각유로 상에 교호적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 EGR 쿨러.
청구항 6에 있어서,

상기 배플은

냉각유로 상에 과반 이상의 횡단면적을 차지하는 것을 특징으로 하는 EGR 쿨러.