KR101372977B1 - 왕복동 피스톤 연소 엔진용 급기 냉각기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왕복동 피스톤 연소 엔진(2), 특히 대형 2행정 디젤 엔진용 급기 냉각기에 관한 것이며, 상기 급기 냉각기는, 길이방향 축(L)을 따라 냉각기 입구(3)로부터 냉각기 출구(4)로 연장되며 내부에 냉각 팩(6)이 배치되는 냉각기 하우징(5)을 포함하고, 상기 냉각기 입구(3)는 디퓨저(7)의 하나의 출구(71)와 연결 가능하고, 상기 냉각기 출구(4)는 상기 왕복동 피스톤 연소 엔진(2)의 수분 제거기(8)와 연결 가능하여, 상기 왕복동 피스톤 연소 엔진(2)의 작동 상태에서 배기가스 터보과급기(9)로부터 상기 디퓨저(7)를 통해 상기 급기 냉각기로 신선한 공기가 급기(10)로서 투입될 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 급기 냉각기는, 상기 급기(10) 냉각용 냉각 팩 및 상기 급기(10)로부터의 응축수(11) 분리용 냉각 팩의, 2개 이상의 냉각 팩(6)을 포함하고, 상기 냉각 팩은 상기 급기 냉각기로부터 응축수(11)를 배출하는 드레인 장치(12)에 의해 서로 분리된다.

디젤 엔진, 급기 냉각기, 디퓨저, 냉각 팩, 응축수, 배기가스, 드레인

Description

왕복동 피스톤 연소 엔진용 급기 냉각기 {A CHARGE AIR COOLER FOR A RECIPROCATING PISTON COMBUSTION ENGINE}

본 발명은, 특허청구범위 제1항의 전제부에 따른, 왕복동 피스톤 연소 엔진, 특히 대형 2행정 디젤 엔진용 급기 냉각기에 관한 것이다.

예를 들어 선박 또는 발전용 고정 장치용 대형 디젤 엔진과 같은 왕복동 피스톤 연소 엔진의 성능 향상을 위해, 일반적으로 배기가스 터보과급기로 설계되는 압력 공급 장치 또는 강제 유도 시스템에 의해 가압된 신선한 공기가 연소실로 투입된 후 연소 행정으로 이어진다. 이와 관련하여, 연소 사이클 후에 실린더의 연소실을 벗어나는 배기가스의 열에너지의 일부분은 활용될 수 있다. 이를 위해, 고온의 배기가스는 배기밸브의 개방에 의해 실린더의 연소실로부터 압력 공급 장치로 이송된다. 압력 공급 장치는 본질적으로, 압력을 받아 압력 공급 장치로 들어가는 고온의 배기가스에 의해 구동되는 터빈을 포함한다. 터빈은 컴프레서를 구동시키고, 이를 통해 신선한 공기가 수집되고 가압된다. 터빈을 구비하는 컴프레서는, 터보과급기라고도 하고 이것에만 한정되지는 않지만 대형 2행정 디젤 엔진의 경우에 레이디얼 컴프레서로서 사용되고, 급기 냉각기 뒤에 연결되는 소위 디퓨저, 수 분 제거기(water separator), 및 수분 제거기 뒤에 연결되는 입구 리시버(inlet receiver)를 가지며, 이 입구 리시버를 통해 급기 또는 소기용 공기라고도 하는 신선한 압축 공기가 대형 디젤 엔진의 실린더의 각각의 연소실로 공급된다. 따라서 신선한 공기의 공급은 이러한 유형의 압력 공급 장치를 이용함으로써 증대될 수 있고, 실린더의 연소실에서의 연소 프로세스의 효율이 증대될 수 있다.

대형 디젤 엔진의 경우, 신선한 공기의 공급은 유형에 따라 실린더 상의 여러 위치에서 일어난다. 그러므로 예를 들면, 길이방향으로 소기되는 2행정 엔진에서, 공기는 실린더의 하부 영역의 가동면에 배치되는 소기 슬롯을 통해 실린더의 연소실로 투입된다. 4행정 엔진에서는 급기가 일반적으로 실린더 커버에 배치되는 하나 이상의 흡기 밸브를 통해 실린더의 연소실로 공급된다. 이와 관련하여, 실린더의 하부 영역의 소기 슬롯 대신에 실린더 커버에 흡기 밸브가 구비되는 2행정 엔진도 공지되어 있다.

여기서, 전술한 급기 냉각기는 실린더에 신선한 공기를 공급하는데 있어서 상당한 의미를 갖는다. 당업자들에게 공지되어 있는 바와 같이, 공지된 급기 냉각기는, 본질적으로 평행사변형의 하우징이며, 그 내부에 냉각 팩이 수용되어 이를 통해 급기 냉각기의 입구로부터 급기 냉각기의 출구로 급기가 유동되어 냉각된다. 이러한 구성에서 급기는 일반적으로 250℃로부터 50℃로 다량 냉각되어, 급기 냉각기에서는 공기가 냉각되는 것은 물론 급기로부터 물이 응축된다.

선박의 엔진에서는, 엔진이 상당한 급기 압력으로 작동되기 때문에, 특히 열대 기후에서는 급기 냉각기로부터 상당한 습도가 촉진된다.

이러한 응축수는 가급적 엔진의 리시버로 들어가지 않고 가능한 사전에 배출되어야 한다. 이를 위해, 공지된 바와 같이, "언더슬렁(underslung)"과 같은 장치 및 수분 제거기가 사용되고, 이를 통해 상당한 양의 응축수가 배출될 수 있다.

이와 관련하여, 제조상의 이유로, 급기 냉각기는 일반적으로 복수의 부품, 일반적으로는 각각이 약 40㎝의 높이를 가지는 2개 내지 4개의 냉각 팩으로 조립된다. 냉각 팩은 금속 시트 냉각 핀(fin)으로 이루어지며, 이를 통해 급기가 급기 냉각기 입구로부터 급기 냉각기 출구 및 복수의 냉각 튜브 방향으로 흐른다. 물은, 금속 시트 냉각 핀의 표면에 대하여 직각으로 관통하여 연장되는 냉각 튜브에 의해 급기의 냉각 효율을 향상시키도록 상기 냉각 튜브를 통과하여 흐른다. 냉각 튜브에 대한 냉각수의 유입 및 배출은, 열팽창으로 인한 급기 냉각기의 응력을 피하기 위해 공지된 방식으로 동일한 쪽에서 일어나는 것이 바람직하다.

대형 디젤 엔진용의 일반적인 급기 냉각기는 약 70㎝의 급기가 흐르는 길이, 약 1.6m의 높이, 및 냉각 튜브가 약 2m~2.5m 연장되는 폭을 갖는다. 바람직하게 수평으로 연장되는 냉각 튜브는, 일반적으로 10㎜의 직경을 가지며, 15~30㎜의 간격으로 배치될 수 있다. 금속 시트 냉각 핀은, 본질적으로 수직 방향으로 급기의 흐름 방향과 평행하게 연장되어, 급기로부터 응축된 응축수가 중력에 의해 수직 방향의 아래로 흐를 수 있도록 하며, 예를 들어 서로 2㎜의 간격으로 배치된다. 금속 시트 냉각 핀은, 대부분 불과 0.1~0.2㎜의 두께를 가지기 때문에, 실제로는 냉각 포일(foil)이라고 한다.

급기 냉각기의 유형에 따라 전술한 예시의 치수 및 세부 사양은 상당히 달라 질 수도 있다는 것을 이해하여야 한다.

냉각 팩 사이에는 공극이 존재하며, 이 공극은 엔진의 진동에 의해 자극되는 냉각 튜브 팩, 즉 냉각 팩의 진동으로 인해 주기적으로 개폐된다. 급기 냉각기에서의 압력 손실로 인해 이 공극에는 상당한 공기 속도의 상승이 일어나고, 이로 인해 응축수가 후속의 수분 제거기로 이송되며, 이 때문에 급기 냉각기에 먼저 축적될 수 없다. 수분 제거기의 작동 방법은 진동에 의해 발생하는 국부적인 속도 최대화에 의해 무력해질 수 있다.

특히, 금속 시트 냉각 핀이 서로 약 2㎜의 매우 짧은 간격으로 배열된다는 사실에 의해, 표면장력으로 인해 비교적 두꺼운 층의 냉각수가 금속 시트 냉각 핀의 표면상에 매우 신속하게 모이며, 이 응축수는 예를 들어 금속 시트 냉각 핀의 간격보다 클 수 있는 상당한 크기의 액적으로 신속하게 커져서 금속 시트 냉각 핀 상에 부적절하게 배출될 수밖에 없으며 따라서 급기의 유동에 의해 이 유동을 따라 수분 제거기로 이송된다. 이러한 효과는, 금속 시트 냉각 핀의 진동으로 인해 강해지며, 냉각수는 비교적 용이하게 제거되어 공기의 흐름에 의해 이송될 수 있다.

특히, 유동이 수평으로 일어나는 냉각기를 사용하는 엔진에서는, 응축수의 일부분이 수분 제거기를 적시는 일 없이 이미 급기 냉각기에 출현한다. 이러한 효과는 원칙적으로 매우 긍정적이나, 아직은 전술한 이유 때문에 공지된 급기 냉각기에 충분히 효과적이지 않다. 즉, 공지된 급기 냉각기에서는 급기로부터 분리되는 응축수가 지나치게 많이 수분 제거기로 들어간다.

따라서 공지된 급기 냉각기에서는 예를 들어 약 80% 이하의 응축수만이 제거 되고, 나머지, 즉 예를 들어 20%의 응축수는 수분 제거기로 이송된다.

응축수의 일부분이 급기 냉각기로부터 수분 제거기로 이송되는 환경은 아직은 그 자체로는 문제가 되지 않는다. 실질적인 문제는, 수분 제거기가 그 구조 및 작동 모드로 인해 매우 신뢰적이지 않게 작동하는 것으로 알려져 있다는 것이다. 즉, 수분 제거기에서의 제거율이 충분히 높지 않아서, 수분 제거기에도 불구하고 다량의 응축수가 불가피하게 엔진의 후속 리시버로 들어가서 왕복동 피스톤 연소 엔진의 실린더로 들어가기 때문에 부정적인 결과를 낳는다.

수분 제거기는, 응축수를 함유한 급기 흐름이 수분 제거기에서 대응되는 금속 시트에 의해 편향되어서 응축수가 금속 시트로 떨어지고 아래쪽으로 이동되어 급기의 흐름으로부터 제거될 수 있는, 부적절한 정도의 효율을 가지는 것으로 확인되었다. 응축수는 비교적 약한 접착력으로 금속 시트의 표면상에 유지된다. 각각의 액적은 예를 들어 작동 상태에서 진동을 통해 금속 시트로부터 매우 용이하게 분리되며, 따라서 급기의 흐름에 의해 이송되어 리시버로 들어가고 결국은 엔진의 실린더로 들어가게 된다.

본 발명의 목적은, 공지된 급기 냉각기에 비해 상당한 다량의 응축수가 분리될 수 있어서, 급기로부터 응축되어 후속의 수분 제거기로 들어가는 응축수의 양이 상당히 감소될 수 있는, 왕복동 피스톤 연소 엔진, 특히 대형 2행정 디젤 엔진을 위한 개선된 급기 냉각기를 제안하는 것이다.

상기 목적은 특허청구범위 제1항의 특징에 의해 달성된다.

종속청구항은 본 발명의 특히 바람직한 실시예에 관한 것이다.

따라서 본 발명은 왕복동 피스톤 연소 엔진, 특히 대형 2행정 디젤 엔진용 급기 냉각기에 관한 것으로, 상기 급기 냉각기는, 길이방향 축을 따라 냉각기 입구로부터 냉각기 출구로 연장되며 내부에 냉각 팩이 배치되는 냉각기 하우징을 포함하고, 상기 냉각기 입구는 디퓨저의 하나의 출구와 연결 가능하고, 상기 냉각기 출구는 상기 왕복동 피스톤 연소 엔진의 수분 제거기와 연결 가능하여, 상기 왕복동 피스톤 연소 엔진의 작동 상태에서 배기가스 터보과급기로부터 상기 디퓨저를 통해 상기 급기 냉각기로 신선한 공기가 급기로서 투입될 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 급기 냉각기는, 상기 급기 냉각용 및 상기 급기로부터의 응축수 분리용의 2개 이상의 냉각 팩을 포함하고, 이들 냉각 팩은 상기 급기 냉각기로부터 응축수를 배출하는 드레인 장치에 의해 서로 분리된다.

급기 냉각기에서 급기로부터 이미 분리된 응축수의 양은, 냉각 팩에 응결되 는 응축수의 드레인 장치가 냉각 팩 사이에 제공되는 경우에 상당히 증대될 수 있다는 것이 확인되었다.

이러한 방식에서는, 냉각 팩에 응결된 응축수가 각각의 냉각 팩으로부터 별도로 배출되어, 예를 들어 급기 냉각기에 높이 배치된 냉각 팩에 응결된 응축수가 하방 경로를 통해 낙하하거나 급기 냉각기를 통과하는 공기 흐름의 전체 높이를 통과하여 흐르지 않는 상황을 얻는 것이 가능하며, 그 이유는, 응축수가 비교적 짧은 경로 또는 낙하 후에 지구의 중력장에 수집되고 급기 냉각기로부터 배출되기 때문이다.

즉, 본 발명의 중요한 효과는, 경로 또는 급기 냉각기의 금속 시트 냉각 핀에 응결되는 응축수의 체류 시간을 짧게 하는 것이다.

그러므로 상당히 적은 응축수가 급기의 흐름으로 다시 들어가서, 본 발명에 따른 급기 냉각기에서 분리되는 응축수의 양이 대폭 증대되고, 이로 인해 후속의 수분 제거기에서 분리되어야 할 응축수가 상당히 적어져서, 실린더에 실질적으로 응축수가 들어가지 않아, 왕복동 피스톤 연소 엔진의 연소실로 응축수가 들어가지 않게 된다.

즉, 드레인 장치, 특히 드레인 트로프(drain trough)가 냉각 팩 사이에 통합되어, 응축수를 포집하여 급기 냉각기의 저온 측으로 배출시키고, 급기 냉각기에서 분리될 수 있는 응축수의 양이 대폭 증대된다. 또한, 드레인 장치는 냉각 팩을 보강하는 작용도 동시에 한다. 이러한 보조 작용의 결과, 냉각 팩이 클램핑되고 이들 냉각 팩 사이의 공극이 작게 유지되거나 완전히 제거된다.

실질적으로 중요한 실시예에서, 냉각 팩은 내부에 액상 냉매가 자체 공지된 방식으로 흐르는 냉각 덕트 내에 본 발명에 따른 급기 냉각기를 포함하며, 또는, 상기 냉각 팩은 급기의 냉각 및 냉각수의 분리를 위해 급기로부터 응축수를 응축시킬 수 있고 드레인 장치로 흐르게 할 수 있는 냉각 금속 시트를 포함한다.

드레인 장치는 바람직하게 금속 런오프 시트(metal run-off sheet), 특히 드레인 채널을 포함하는 드레인 트로프로서 형성되어, 응축수가 냉각 팩으로부터 드레인 채널을 통해 신뢰적으로 배출될 수 있으며, 따라서 응축수의 이러한 부분은 아래에 놓인 냉각 팩을 통해 흐르는 급기의 부분을 따라 이송되는 것으로부터 제외되어, 수분 제거기로 들어가지 않는다.

특별한 경우, 드레인 장치는 적어도 한쪽이 다공질인 중공의 금속 시트 구조로 형성될 수 있어서, 상기 중공의 금속 시트 위에 배치되는 냉각 팩에서 분리된 응축수가 상기 중공의 금속 시트를 형성하는 개구부를 통해 중공의 금속 시트 내부로 흐를 수 있고, 적절한 수단, 예를 들어 수직 드레인 튜브에 의해 급기 냉각기로부터 배출될 수 있다.

대안적으로, 드레인 장치는, 특히 금속성 드레인 스폰지 및/또는 드레인 발포체(foam) 형태의 드레인 스폰지 및/또는 드레인 발포체로서 형성될 수 있으며, 이 드레인 장치는 분리된 응축수를 포집하고/또는, 이 포집된 응축수는 예를 들어 적절한 흡입 수단에 의해 흡입되어 급기 냉각기로부터 배출될 수 있다.

응축수의 배출을 보다 양호하게 하기 위해, 드레인 장치는 길이방향 축에 대하여 소정의 각도로 경사를 이루어서 응축수가 중력의 효과에 의해 급기 냉각기로 부터 보다 신속하고 신뢰적으로 배출될 수 있도록 할 수 있다.

전술한 바와 같이, 드레인 장치로부터 응축수를 흡입하기 위해 적절한 흡입 수단이 추가로 제공될 수도 있으며, 바람직한 실시예에서, 상기 흡입 수단은 압력 강하를 위해 디퓨저의 입구에 연결될 수 있고, 강하된 압력은 급기 냉각기에 대하여 작용하고/또는 흡입 수단은 예를 들어 흡입 펌프에 연결될 수 있어서 응축수가 급기 냉각기로부터 흡입 배출될 수 있다.

이러한 구성에서, 냉각기 하우징 및/또는 냉각 팩은 사다리꼴 형상, 특히 배출 측이 사다리꼴 형상일 수 있어서, 급기 냉각기로부터 이미 분리된 응축수의 양이 재차 증대될 수 있으며, 그 이유는, 사다리꼴 형상으로 인해 급기 냉각기에서 응축수가 분리될 수 있는 경로가 증가되기 때문이다.

본 발명에 따라, 종래의 급기 냉각기에 비해 상당한 다량의 응축수가 분리될 수 있어서, 급기로부터 응축되어 후속의 수분 제거기로 들어가는 응축수의 양이 상당히 감소될 수 있는, 왕복동 피스톤 연소 엔진, 특히 대형 2행정 디젤 엔진을 위한 개선된 급기 냉각기가 제공될 수 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1은, 길이방향으로 소기되고 본 발명에 따른 급기 냉각기를 구비하는 대형 2행정 디젤 엔진으로서 형성되는 대형 디젤 엔진의 배기가스 터보과급기의 구성 원리에서 여러 구성요소의 상호 작용을 설명하는 개략도이며, 급기 냉각기는 그 전 체를 참조부호 1로 나타내었다.

그 자체가 공지된 방식에서, 대형 디젤 엔진은 일반적으로, 실린더 커버에 배치되는 배기 밸브(2001)를 구비하는 복수의 실린더(2000)를 포함하고, 실린더(2000) 내부에는 피스톤(2002)이 하사점(UT)과 상사점(OT) 사이의 가동면을 따라 전후로 이동하도록 배치된다. 실린더 커버 및 피스톤(2002)을 구비하는 실린더(2000)의 실린더 벽은 공지된 방식으로 실린더(2000)의 연소 공간과 경계를 이룬다. 실린더의 하부 영역에는 소기용 슬롯(2003)으로서 설계되는 복수의 소기용 공기 구멍(2003)이 제공된다. 피스톤(2002)의 위치에 따라, 소기용 슬롯(2003)은 피스톤에 의해 덮이거나 노출된다. 소기용 공기(10)인 급기는 소기용 공기 구멍(2003)을 통해 실린더(2000)의 연소 공간으로 유입될 수 있다. 연소 중에 발생되는 배기가스(2004)는 실린더 커버에 배치되는 배기 밸브(2001)를 통해, 배기 밸브(2001)와 연결되는 배기 덕트(2005)를 통과하여, 배기가스 터보과급기(9)로 흐른다.

그 자체가 공지된 방식에서, 배기가스 터보과급기(9)는 필수 구성요소로서, 공기(10)의 압축을 위한 컴프레서 로터(91), 및 컴프레서 로터(91)를 구동시키기 위해 터빈 로터(92)를 구비하는 터빈을 포함하고, 컴프레서 로터(91)는 터빈 로터(92)에 샤프트에 의해 고정되게 연결된다. 터빈 및 컴프레서는 하우징 내에 배치되며, 이 경우에 컴프레서 측의 레이디얼 컴프레서로서 형성되는 배기가스 터보과급기(9)를 형성한다. 터빈은 실린더(2000)의 연소 공간으로부터 유입되는 고온의 배기가스(2004)에 의해 공지된 방식으로 구동된다.

실린더(2000)의 연소 공간에 소기용 공기(10)를 채우기 위해, 신선한 공기(10)가 컴프레서 로터(91)에 의해 유도 스터브(induction stub)를 통해 흡입되어 배기가스 터보과급기(9)에서 압축된다. 배기가스 터보과급기(9)로부터 압축된 신선한 공기(10)는 급기(10)로서 후속의 디퓨저(7) 및 본 발명에 따른 급기 냉각기(1)를 통과하고 수분 제거기(8)를 지나 입구 리시버(2006)로 가서, 압축된 급기(10)는 궁극적으로 압력이 상승된 채 소기용 공기(10)로서 소기용 슬롯(2003)을 통해 실린더(2000)의 연소실로 들어간다.

도 2는 본 발명에 따른 급기 냉각기(1)의 제1 실시예를 개략적으로 나타내는 종단면도이다. 도 2의 본 발명에 따른 급기 냉각기(1)의 냉각기 하우징(5)은 길이방향 축(L)을 따라 냉각기 입구(3)로부터 냉각기 출구(4)로 연장된다. 왕복동 피스톤 연소 엔진(2)의 작동 상태에서, 냉각기 입구(3)는 디퓨저(7)로부터 급기(10)로 채워지며, 이 급기(10)는 다시 급기 냉각기(1)로부터 냉각기 출구(4)를 지나 수분 제거기(8)로 간다.

본 실시예에서는, 4개의 냉각 팩(6)이 냉각기 하우징(5)의 내부에 적층 배치되며, 냉각기 하우징(5)은, 금속 시트 냉각 핀(15)에 대하여 직각으로 그 자체가 공지된 방식으로 배치되며 내부에 액상의 냉매(13)가 흐르는 복수의 냉각 라인(14)을 포함한다. 본 발명에 따르면, 급기 냉각기(1)는, 응축수(11)의 배출을 위해 2개의 냉각 팩(6) 사이에 배치되어 이들 냉각 팩을 서로 분리하는 드레인 장치(12)를 포함한다. 도 2에 화살표(11)로 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서는 냉각 팩에서 분리된 응축수(11)가 화살표(B)의 방향으로 작용하는 중력 작용에 의해, 본 발 명에 따른 급기 냉각기(1)의 하단부에 있는 수집 탱크(100)로 유도되고 외부로 배출된다.

도 3은 도 2의 선 Ⅰ-Ⅰ을 따르는 단면도로서, 도 2의 급기 냉각기(1)를 방향 A 및 B에 대하여 직각의 방향에서 본 것이다.

도 3을 참조하면, 왕복동 피스톤 연소 엔진(2)의 작동 상태에서 액상 냉매(13), 바람직하게는 냉각수(13)를 이용하여 냉각 팩(6)에서 냉각이 어떻게 이루어지는가를 용이하게 알 수 있다. 도면에서, 냉각수(13)는 도시하지 않은 냉각수 저장소로부터 우측에서 냉각 라인(14)에 투입되고, 냉각 팩(6)을 통과하여, 다시 도면의 우측으로 이동되어, 급기 냉각기(1)에 열적으로 유발되는 응력이 방지된다.

실질적으로, 복수의 냉각 라인(14)은 그 자체가 공지된 방식으로 부분 냉각 시스템을 형성할 수 있어서, 액상의 냉매(13)는 급기 냉각기를 다시 벗어나기 전에 금속 시트 냉각 핀(15)의 냉각을 위해 상기 부분 냉각 시스템의 복수의 냉각 라인(14)을 통과한다는 것을 이해하여야 한다.

도 4는 본 발명에 따른 급기 냉각기(1)의 제2 실시예를 나타낸다. 여기서는 드레인 장치(12)가 드레인 채널(121)을 가지는 드레인 트로프(12)로서 설계된다. 응축수(11)는, 냉각 금속 시트(15) 상에서의 냉각에 의해, 냉각 금속 시트(15)를 따라 급기 냉각기(1)를 통해 A 방향으로 흐르는 급기(10)로부터 액체로 분리되어, 중력의 작용에 의해, 드레인 트로프(12)를 향하는 방향으로 바람직하게 소정의 각도로 경사를 이루는 드레인 트로프(12)로 흐른 후, 드레인 튜브(1200)에 연결되는 드레인 채널(121)로 가고, 최종적으로 수집 탱크(100)로 배출될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 급기 냉각기(1)의 제3 실시예를 나타내는 도면으로, 드레인 장치(12)가 한쪽이 다공질인 중공의 금속 시트(122)로 설계되어 있다. 냉각 금속 시트(15) 상에 응결된 응축수(11)는 개구부(1221)를 통해 중공의 금속 시트(22) 내부로 들어가서 드레인 튜브(1220)를 통해 급기 냉각기(1)로부터 외부로 배출된다. 드레인 장치(12)가 중공의 금속 시트(122)로 설계된다는 사실에서, 중공의 금속 시트(122) 내부로 들어간 응축수(11)는, 더 이상 급기 냉각기(1)를 통해 상당한 속도로 A 방향으로부터 흐르는 급기(10)와 결합하여 함께 이동되지 않을 수 있고, 더 이상 함께 이송되지 않을 수 있어서, 응축수(11)가 보다 높은 효율로 분리될 수 있다.

도 6에 따른 제4 실시예에서는, 중공의 금속 시트(122)가 금속성 드레인 스폰지(123)로 대체된다. 드레인 스폰지(123)는 당연히 다른 적절한 소재, 예를 들어 도 5에서 설명한 바와 같이 고속으로 흐르는 급기(10)에 대하여 양호한 보호를 제공하는 플라스틱 또는 합성재로 만들어질 수도 있다. 응축수를 드레인 스폰지(123)로부터 배출시키는 것을 향상시키기 위해, 응축수(11)의 추출을 위해 흡입 펌프(161) 또는 디퓨저(7)의 입구(161)에 연결될 수 있는 흡입 수단(16)이 제공된다.

도 7은 본 발명에 따른 급기 냉각기(1)의 제5 실시예로서, 응축수(11)의 분리 효율을 향상시키기 위한 다른 방안을 나타낸다.

이 실시예에서, 급기 냉각기(1)는, 출구에 소위 "언더슬렁"(17)을 포함한다. 언더슬렁(17)은, 기본적으로 원심력에 의해 수분을 분리할 수 있도록 사이클론 효 과를 가지는 편향기(deflector)로서 설계되며, 급기(10)는 냉각 팩(6)이 제공되어 있는 영역을 통과한 후 냉각기 출구(4)를 통해 급기 냉각기(1)를 빠져나와 도 7에는 도시하지 않은 수분 제거기(8)로 들어가기 전에 이 편향기를 통과한다.

도 7에 도시한 것과 같은 수평 흐름에서, 수분의 제거 효과는 언더슬렁(17)의 사용에 의해 한층 향상될 수 있다. 급기(10)는 처음에 급기 냉각기(1)를 통해 수평으로 흐른 후, 그 자체가 공지된 방식으로 실질적으로 굴곡진 파이프인 언더슬렁(17)에서 편향된 후, 급기 냉각기(1) 아래에서 수분 제거기를 통과하여 리시버로 흐른다.

언더슬렁(17)에는 급기 와류(101)가 바람직하게 형성된다. 이들 와류는 응축수(11)가 수분 제거기(8)에 도달하기 전에 언더슬렁(17)에서 더 제거되도록 하며 제거되는 응축수는 적절한 장치(도 7에는 도시하지 않음)에 의해 배출된다.

도 8에는 사다리꼴 냉각 팩(6)을 가지는 급기 냉각기(1)가 도시되어 있다. 전술한 바와 같이, 급기 냉각기(1)로부터 빠져나오는 응축수(11)는 냉각 팩(6)이 사다리꼴로 설계됨으로써 더욱 감소될 수 있으며, 그 이유는, A 방향, 즉 수평방향에서 응축수는 직각 방향(B)의 경로에서 급기 냉각기를 이동하는 거리가 커서 보다 많은 양의 응축수(11)가 급기 냉각기(1)에서 미리 제거될 수 있기 때문이다.

본 명세서에서 설명한 본 발명에 따른 모든 실시예는 단지 예시적인 것이며 특히 본 명세서에서 설명하거나 암시한 급기 냉각기의 모든 가능한 실시예는 본 발명에 따른 급기 냉각기의 특별한 실시예로서 단독 또는 적절한 조합으로 제공될 수 있어서, 본 명세서에서 설명한 실시예의 모든 적절한 조합 또한 본 발명에 포함되 고 커버된다는 것을 이해하여야 한다.

도 1은 배기가스 터보과급기 시스템의 구성 원리를 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 급기 냉각기의 제1 실시예를 나타내는 도면이다.

도 3은 도 2의 선 Ⅰ-Ⅰ을 따라 취한 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 급기 냉각기가 드레인 트로프를 가지는 제2 실시예를 나타내는 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 급기 냉각기가 중공의 금속 다공판을 가지는 제3 실시예를 나타내는 도면이다.

도 6은 본 발명에 따른 급기 냉각기가 드레인 스폰지 및 흡입 수단을 가지는 제4 실시예를 나타내는 도면이다.

도 7은 본 발명에 따른 급기 냉각기가 사이클론 효과에 의해 편향되는 제2 실시예를 나타내는 도면이다.

도 8은 본 발명에 따른 급기 냉각기가 사다리꼴 냉각 팩을 가지는 것을 나타내는 도면이다.

Claims (10)

1. 왕복동 피스톤 연소 엔진(2)용 급기 냉각기에 있어서,

   상기 급기 냉각기는, 길이방향 축(L)을 따라 냉각기 입구(3)로부터 냉각기 출구(4)로 연장되며 내부에 냉각 팩(6)이 배치되는 냉각기 하우징(5)을 포함하고,

   상기 냉각기 입구(3)는 디퓨저(7)의 하나의 출구(71)와 연결 가능하고, 상기 냉각기 출구(4)는 상기 왕복동 피스톤 연소 엔진(2)의 수분 제거기(8)와 연결 가능하여, 상기 왕복동 피스톤 연소 엔진(2)의 작동 상태에서 배기가스 터보과급기(9)로부터 상기 디퓨저(7)를 통해 상기 급기 냉각기로 신선한 공기가 급기(10)로서 투입될 수 있고,

   상기 급기 냉각기는, 상기 급기(10)의 냉각 및 상기 급기(10)로부터의 응축수(11) 분리를 위한 2개 이상의 냉각 팩(6)을 포함하고, 상기 냉각 팩은 상기 급기 냉각기로부터 응축수(11)를 배출하는 드레인 장치(12)에 의해 서로 분리되는,

   급기 냉각기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 냉각 팩(6)은, 액상의 냉매(13)가 흐르는 냉각 라인(14)을 포함하는, 급기 냉각기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 냉각 팩(6)은, 상기 급기(10)의 냉각 및 상기 응축수(11)의 분리를 위한 냉각 금속 시트(15)를 포함하는, 급기 냉각기.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 드레인 장치(12)는 금속 시트 드레인으로서 형성되어, 상기 응축수(11)가 상기 냉각 팩(6)으로부터 배출될 수 있는, 급기 냉각기.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 드레인 장치(12)는 적어도 한쪽이 다공질로 되어 있는 중공의 금속 시트(122)로 형성되는, 급기 냉각기.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 드레인 장치(12)는 드레인 스폰지(123)와 드레인 발포체(123) 중 적어도 하나로서 형성되는, 급기 냉각기.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 드레인 장치는 상기 길이방향 축(L)에 대하여 소정의 각도로 경사를 이루는, 급기 냉각기.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 드레인 장치(12, 122, 123)로부터 상기 응축수(11)를 흡입하기 위한 흡입 수단(16)이 제공되는, 급기 냉각기.
9. 제8항에 있어서,

   압력 강하를 위한 상기 흡입 수단(16)이 상기 디퓨저(7)의 하나의 입구에 연결되는, 급기 냉각기.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서,

    상기 냉각기 하우징(5)은 사다리꼴 형상이고, 상기 냉각 팩(6)은 사다리꼴 형상인, 급기 냉각기.

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