KR101362181B1

KR101362181B1 - 인터쿨러

Info

Publication number: KR101362181B1
Application number: KR1020080002496A
Authority: KR
Inventors: 전태수
Original assignee: 한라비스테온공조 주식회사
Priority date: 2008-01-09
Filing date: 2008-01-09
Publication date: 2014-02-12
Also published as: KR20090076505A

Abstract

본 발명은 차량의 인터쿨러에 관한 것으로, 입구측 헤더탱크 내부에 유입되는 공기를 헤더탱크의 하부까지 안내하는 패러렐배플이 형성되고, 상기 헤더탱크의 열변형을 막기위한 크로스배플이 형성된 인터쿨러에 관한 것이다.

본 발명의 인터쿨러는, 일정간격으로 배열되는 다수개의 튜브; 상기 튜브 사이에 개재되는 방열핀; 상기 튜브의 양단에 결합되는 입, 출구 헤더탱크; 및 상기 입, 출구 헤더탱크에 형성되어 공기를 유입/배출하는 입, 출구파이프; 를 포함하여 이루어진 차량의 인터쿨러에 있어서, 상기 인터쿨러는 입구측 헤더탱크의 내부에 상기 입구측 헤더탱크의 하부까지 공기를 안내하도록 상기 입구측 헤더탱크의 길이방향과 나란한 패러렐배플(Parallel Baffle)이 형성되고, 상기 패러렐배플의 일측면과 이에 대향하는 상기 입구측 헤더탱크의 내면을 연결하는 크로스배플(Cross Baffle)이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 인터쿨러는 입구측 헤더탱크 내부에 형성되는 패러렐배플로 인하여 입구파이프를 통해 유입되는 고온의 공기가 모든 영역의 튜브를 통과하도록 하여 열교환효율이 향상되므로 출구파이프로 저온의 고밀도의 공기를 배출하여 엔진의 출력이 향상되고, 크로스배플로 인하여 고온의 공기로 인하여 입구측 헤더탱크가 열변형되는 것을 방지하고 강성이 유지되도록 하여 기밀성이 향상되는 효과가 있다.

인터쿨러, 패러렐배플, 크로스배플

Description

인터쿨러 {Intercooler}

본 발명은 차량의 인터쿨러에 관한 것으로, 입구측 헤더탱크 내부에 유입되는 공기를 헤더탱크의 하부까지 안내하는 패러렐배플이 형성되고, 상기 헤더탱크의 열변형을 막기위한 크로스배플이 형성되는 인터쿨러에 관한 것이다.

대체적으로 디젤 기관을 사용하는 차량에 있어서 엔진의 출력을 향상시키기 위해 엔진의 실린더 내부로 압축공기를 공급하는 과급기를 사용한다. 상기 과급기는 배기가스를 이용하여 터빈을 구동시키고 그로 인해 발생하는 압축공기를 실린더 내부에 공급함으로써 엔진의 출력 증강을 도모한다. 그러나 상기 과급기에 의해 급속히 압축된 공기는 온도가 매우 높아져 부피가 팽창하고 산소 밀도가 떨어지게 되어 결과적으로 실린더안의 충전효율을 떨어트려 출력이 향상되기는 고사하고 그와 반대로 출력이 저하되는 현상이 발생된다. 그래서 과급기에 의해서 압축된 고온의 공기를 인터쿨러를 이용하여 냉각시키게 되면 공기 밀도가 올라가 실린더의 흡입효율이 높아지고, 엔진의 연소효율이 향상되어 연비가 높아지는 것은 물론 이산화탄소 및 매연 등 환경에 유해한 배기가스의 배출도 크게 줄어든다.

이러한 역할을 담당하는 인터쿨러는 냉각방식에 따라 수냉식과 공냉식으로 나눌 수 있다. 수냉식 인터쿨러는 인터쿨러를 냉각시킬 때 차량의 냉각수나 물을 이용하여 인터쿨러를 냉각시키는 방식으로 냉각효율은 우수하나 구조가 복잡하여 설치가 어려울 뿐만 아니라 유지보수가 어렵다는 문제점이 있어 일반적으로 공기를 이용하여 인터쿨러를 냉각시키는 공냉식 인터쿨러를 많이 사용한다.

상기와 같은 종래의 공랭식 인터쿨러를 도 1 및 도 2에 도시하였다. 상기 인터쿨러(100)는 일정거리 이격되어 서로 마주보는 한 쌍의 헤더탱크(120, 130); 상기 헤더탱크(120, 130)의 내부공간과 연통되도록 양단이 각각 상기 헤더탱크(120, 130)에 결합되고 일정간격 이격되어 공기통로를 형성하는 다수의 튜브(112); 상기 튜브(112)와 이웃한 튜브 사이의 공기 통로에 개재되는 방열핀(114); 및 상기 한 쌍의 헤더탱크(120, 130)에 형성되어 공기가 유, 출입되는 유입구(122) 및 배출구(132); 로 이루어져 있다.

상기와 같이 구성된 인터쿨러의 공기 유동 경로를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 외부공기가 엔진의 배기압에 의한 터빈의 회전에 의해 압축된 상태로 강제 송풍되어 유입구(122)를 통해 헤더탱크(120)의 내부공간으로 유입된다. 이렇게 탱크의 내부 공간으로 유입된 공기는 다수의 튜브(112)를 통과하면서 튜브(112)와 방열핀(114) 사이를 통과하는 공기와 열교환되어 냉각된다. 이렇게 냉각된 공기는 헤더탱크(130)의 내부 공간으로 모인 후, 배출구(132)를 통해 배출되어 파이프를 따라 유동하여 차량의 엔진의 흡기밸브의 개방 시 실린더의 내부로 유입되는 것이다.

그러나 종래의 인터쿨러에서는 도 2에 도시된 바와 같이 유입구(122)가 헤더 탱크(120)에 대해 한쪽으로 편중되게 형성되어 있기 때문에 유입구(122)를 통해 유입된 공기가 헤더탱크(120) 내에서 와류를 형성하게 된다. 이로 인해 헤더탱크(120)의 내부 공간의 와류가 형성되는 영역을 공기가 튜브(112)의 내부로 유동되지 못하게 되는 사영역(Dead zone)(A)이 되는 것이다. 즉 사영역(A)이 존재하는 부분에 해당하는 튜브측 내부로는 공기가 원활하게 통과하지 못하고, 사영역이 존재하지 않는 부분에 해당되는 튜브측 내부로는 공기가 원활하게 통과한다. 이로 인해 튜브들 사이의 공기통로를 통과하는 공기와 열교환되는 양이 감소되어 실린더의 내부로 냉각 공기를 많이 보내줄 수 없게 되어 엔진 출력을 감소시키는 문제점이 있었다.

또한 고속으로 회전하는 터빈에 의해 압축된 공기의 온도는 대략 170℃ 정도로, 고온의 압축공기가 유입구(122)를 통해 헤더탱크(120) 내부로 유입되므로 헤더탱크(120)가 열변형을 일으키게 되고 그로 인하여 헤더탱크(120)에 틈이 발생되어 기밀성이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 인터쿨러의 입구측 헤더탱크 내부에 헤더탱크의 하부까지 공기를 안내하는 패러렐배플을 형성하여 열교환효율이 향상되고, 고온의 공기로 인하여 입구측 헤더탱크가 열변형되는 것을 방지하는 크로스배플이 형성된 인터쿨러를 제공함에 있다.

상기 패러렐배플은 상기 입구측 헤더탱크의 입구파이프와 가까운 단부가 입구파이프측으로 완만한 곡선을 이루도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 크로스배플은 상기 패러렐배플의 일측면에서 이에 대향되는 상기 입구측 헤더탱크의 내면까지 상기 튜브와 수평방향으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 크로스배플은 상기 입구측 헤더탱크의 단면적보다 작은 단면적을 갖도록 일부분이 삭제되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 크로스배플은 입구파이프를 통해 유입되는 공기의 유동저항을 감소시키기 위하여 유선형단면으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 상기와 같은 본 발명의 인터쿨러를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 인터쿨러의 분해사시도이고, 도 4는 본 발명의 입구측 헤더탱크의 절개사시도이며, 도 5는 본 발명의 입구측 헤더탱크의 일실시예 절개사시도 및 횡단면도이고, 도 6은 본 발명의 입구측 헤더탱크의 일실시예 종단면도이다.

일반적으로 자연흡기 엔진은 출력이 약하여 이를 보완하고자 엔진에 과급기를 장착하게 된다. 과급기는 그 구동방식에 따라 슈퍼차져(super charger)와 터보 차져(Turbo charger)로 나뉘며, 슈퍼차져는 엔진의 크랭크축의 구동력으로 터빈을 회전시켜 흡입공기를 압축시켜 각각의 실린더로 공급하는 구조로, 엔진회전수의 모든 영역에서 실린더에 압축공기를 공급할 수 있다는 장점이 있으나, 터빈을 회전시키기 위해 엔진의 구동력을 사용하기 때문에 슈퍼차져로 인한 엔진의 출력향상 폭이 크지 않다는 단점이 있다. 이에 반하여 터보차져는 엔진의 배기가스 압력으로 임펠러를 회전시키고 임펠러와 같은 구동축에 연결된 터빈을 회전시켜 흡입공기를 압축시켜 각각의 실린더로 공급하는 구조로, 저알피엠에서 순간적으로 고알피엠으로 엔진의 회전수가 증가하는 경우 터빈의 회전이 그게 부합하지 못하는 터보래그(turbo Lag)가 발생하여 차량의 응답성이 떨어지는 단점이 있으나, 근래에는 압축압력을 낮게 하여 터보래그를 줄이는 저압터보나 소형의 터빈을 사용하여 응답성을 높이는 방안들이 제시되어 있어 터보차져가 쓰이는 경우가 증가하고 있다.

그러나 터보차져의 터빈에 의해 압축된 공기는 공기분자들 사이의 충돌로 인하여 온도가 최대 170℃정도까지 증가하여 공기 중의 산소 밀도가 낮아지므로 압축공기의 낮은 산소밀도로 인하여 연료와 혼합되어 엔진의 실린더 내에서 폭발행정 시 충분한 폭발력을 발휘하지 못하는 문제점이 있다. 이를 위하여 터빈에 의해 압축된 고온고압의 공기를 인터쿨러를 통과시켜 저온의 고밀도의 공기로 변화시켜 엔진의 출력향상을 도모하게 된다.

본 발명의 인터쿨러는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 일정간격으로 배열되는 다수개의 튜브(12); 상기 튜브(12) 사이에 개재되는 방열핀(14); 상기 튜브(12)의 양단에 결합되는 헤더(21, 31) 및 탱크(22, 32)가 결합되어 형성되는 입, 출구 헤더탱크(20, 30); 및 상기 입, 출구 헤더탱크(20, 30)에 형성되어 공기를 유입/배출하는 입, 출구파이프(24, 34); 를 포함하여 이루어진 차량의 인터쿨러(10)에 있어서, 상기 인터쿨러(10)는 입구측 헤더탱크(20)의 내부에 상기 입구측 헤더탱크(20)의 하부까지 공기를 안내하도록 상기 입구측 헤더탱크(20)의 길이방향과 나란한 패러렐배플(Parallel Baffle)(40)이 형성되고, 상기 패러렐배플(40)의 일측면과 이에 대향하는 상기 입구측 헤더탱크(20)의 내면을 연결하는 크로스배플(Cross Baffle)(50)이 형성된다.

상기 인터쿨러(10)의 입구측 헤더탱크(20)는 도 4에 도시된 바와 같이, 인터쿨러(10)의 상측에 입구파이프(24)가 위치하도록 대략 삼각형상으로 형성되어 인터쿨러(10)의 하부로 갈수록 그 폭이 좁아진다. 하부로 갈수록 작아지는 폭으로 인해 입구파이프(24)를 통해 유입되는 고온의 압축공기가 인터쿨러(10) 하부의 튜브(12)로는 유동하지 않아 인터쿨러(10)의 열교환효율이 저하되므로, 상기 입구측 헤더탱크(20) 내부의 상기 입구파이프(24)와의 결합부 하측에서 입구측 헤더탱크(20)의 하부까지 완만한 곡선을 이루는 패러렐배플(40)이 형성된다. 상기 패러렐배플(40)로 인해 상기 입구파이프(24)를 통해 유입된 고온의 압축공기가 완만한 곡선을 이루는 패러렐배플(40)을 따라 입구측 헤더탱크(20)의 하부까지 유동하여 인터쿨러(10)의 전 영역의 튜브(12)를 지나며 방열핀(14)에 의해 외기와의 열교환이 이루어지므로 열교환효율이 향상되고 그로 인해 엔진의 출력 또한 향상되는 효과가 있다.

아울러, 상기 패러렐배플(40)이 입구측 헤더탱크(20)의 하부 끝까지 연장되어 형성되는 경우, 입구측 헤더탱크(20)의 내부용적을 감소시켜 결과적으로 공기의 유동량을 저하시키므로 상기 입구측 헤더탱크(20)의 하부의 일정부분까지 완만한 곡선으로 형성되도록 하여 입구파이프(24)를 통해 유입되는 고온고압의 공기를 인터쿨러(10) 하부의 튜브(12)까지 유동되도록 하는 것이 바람직하다.

일반적으로 인터쿨러(10)의 헤더탱크는 수지제 또는 금속으로 형성되므로 고속으로 회전하는 터빈에 의해 압축된 고온의 공기(최대 약 170℃)가 입구파이프(24)를 통해 유입되는 경우 열변형이 일어나 틈이 발생하여 기밀성이 떨어질 우려가 있다. 이를 방지하기 위하여 상기 입구측 헤더탱크(20)의 내부에 상기 패러렐배플(40)의 일측면에서 이에 대향되는 입구측 헤더탱크(20)의 내면까지 연장형성되는 크로스배플(50)이 형성된다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 크로스배플(50)은 바닥에서 소정의 높이로 형성되고 일부분이 삭제되어 있는 형상으로 상기 입구파이프(24)를 통해 유입되는 고온의 압축공기의 유동저항를 최소로 하도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 크로스배플(50)은 상기 패러렐배플(40)의 일측면과 이에 대향되는 입구측 헤더탱크(20)의 내면을 연결하도록 형성되므로 입구파이프(24)를 통해 내부로 유입되는 고온의 압축공기로 인하여 상기 입구측 헤더탱크(20)가 열변형되어 틈이 발생하는 것을 방지하게 된다.

도 5는 상기 입구측 헤더탱크(20)의 내부에 형성되는 크로스배플(50)의 일실시예를 나타낸 것으로 상기 크로스배플(50)은 상기 입구측 헤더탱크(20)의 바닥면에서 일정간격을 가지고 형성되며, 도 5(a)와 같이 "ㄴ"형상으로 형성되어도 좋으 며, 도 5(b, c)와 같이 상, 하부의 2개의 크로스배플(50)로 형성되어도 좋다.

또한, 상기 크로스배플(50)이 입구파이프(24)를 통해 유입되는 공기의 유동방향에 대해 수직인 평면상으로 형성되는 경우 유동저항 및 유동소음이 증가하므로 도 6에 도시한 바와 같이, 공기의 유입방향에 대하여 곡선상으로 형성하거나 또는 유선형단면으로 형성하여 유입되는 공기에 대한 저항을 감소시키고, 입구측 헤더탱크(20)의 열변형을 방지하는 본래의 역할을 수행할 수 있도록 하는 것이 좋다.

상기 패러렐배플(40)과 입구측 헤더탱크(20)의 내면을 연결하는 크로스배플(50)은 꼭 상기와 같은 형상에 한정되는 것은 아니며, 유입되는 공기를 입구측 헤더탱크(20)의 하부까지 안내하고 유입되는 공기의 유동저항을 최소로 하면서도 고온의 공기에 의해 입구측 헤더탱크(20)가 변형되지 않는 정도라면 다양한 형상으로 변형실시가 가능한 것은 자명하다.

도 1은 종래의 인터쿨러를 도시한 사시도.

도 2는 종래의 인터쿨러의 공기의 유동을 나타낸 평면도.

도 3은 본 발명의 인터쿨러의 분해사시도.

도 4는 본 발명의 입구측 헤더탱크의 절개사시도.

도 5는 본 발명의 입구측 헤더탱크의 일실시예 절개사시도 및 횡단면도.

도 6은 본 발명의 입구측 헤더탱크의 일실시예 종단면도.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

10: 인터쿨러 12: 튜브

14: 방열핀

20, 30: 입, 출구 헤더탱크 21, 31: 입, 출구 헤더

22, 32: 입, 출구 탱크 24, 34: 입, 출구파이프

40: 페러랠배플 50: 크로스배플

Claims

일정간격으로 배열되는 다수개의 튜브(12); 상기 튜브(12) 사이에 개재되는 방열핀(14); 상기 튜브(12)의 양단에 결합되는 입, 출구 헤더탱크(20, 30); 및 상기 입, 출구 헤더탱크(20, 30)에 형성되어 공기를 유입/배출하는 입, 출구파이프(24, 34); 를 포함하여 이루어진 차량의 인터쿨러에 있어서,

상기 인터쿨러(10)는 입구측 헤더탱크(20)의 내부에 상기 입구측 헤더탱크(20)의 하부까지 공기를 안내하도록 상기 입구측 헤더탱크(20)의 길이방향과 나란한 패러렐배플(Parallel Baffle)(40)이 형성되고, 상기 패러렐배플(40)의 일측면과 이에 대향하는 상기 입구측 헤더탱크(20)의 내면을 연결하는 크로스배플(Cross Baffle)(50)이 형성되며,

상기 패러렐배플(40)은 상기 입구측 헤더탱크(20)의 입구파이프(24)와 가까운 단부가 입구파이프(24)측으로 완만한 곡선을 이루도록 형성되고,

상기 크로스배플(50)은 입구파이프(24)를 통해 유입되는 공기의 유동저항을 감소시키기 위하여 유선형단면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 인터쿨러.
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제 1 항에 있어서,

상기 크로스배플(50)은 상기 입구측 헤더탱크(20)의 단면적보다 작은 단면적을 갖도록 일부분이 삭제되어 형성되는 것을 특징으로 하는 인터쿨러.
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