KR101576691B1 - 엔진의 배기 가스를 위한 가스용 열 교환기 - Google Patents

Abstract

특히 엔진의 배기 가스를 위한 가스용 열 교환기는, 케이싱(3) 내부에 배치되며 냉매 유체와의 열 교환에 의해 냉각될 가스가 그를 통해 유동하는 복수의 병렬 덕트(2)를 포함한다. 본 발명의 열 교환기는, 케이싱(3)이 케이싱의 내부를 향해 지향되어 표면 상에 스탬핑된 일련의 돌출부를 포함하여, 이 돌출부(8)가 덕트(2) 조립체에 대하여 사전결정된 거리에 배치됨으로써 압력이 증가하기 전에 덕트(2)의 제어된 팽창을 보장하도록 하는 것을 특징으로 한다. 제조 비용의 증가 없이 열 교환기의 내구성 및 피로 강도의 상당한 증가가 얻어진다.

Description

엔진의 배기 가스를 위한 가스용 열 교환기{HEAT EXCHANGER FOR GAS, PARTICULARLY FOR THE EXHAUST GASES OF AN ENGINE}

본 발명은 특히 엔진의 배기 가스를 위한 가스용 열 교환기에 관한 것이다.

본 발명은 구체적으로 엔진의 배기 가스의 재활용 또는 재순환을 위한 교환기(EGRC)에 적용된다.

예컨대 배기 가스를 내연 기관의 흡입구로 재순환시키기 위한 시스템에 사용되는 것과 같은 특정한 가스 냉각용 열 교환기에 있어서, 열을 교환하는 2개의 매개물은 벽에 의해 분리되어 있다.

열(또는 열적) 교환기 자체는 상이한 구성을 가질 수 있는데, 예를 들어 열 교환기는 내부에 가스 통로용의 일련의 병렬 덕트(parallel ducts)가 배열되어 있는 케이싱(casing) 내에 위치하고 이 케이싱을 통해 냉매가 덕트까지 외부를 향해 유동하게 할 수 있으며, 다른 실시예에서는 교환기가 열 교환 표면을 구성하는 일련의 병렬 플레이트 내에 위치하여 배기 가스 및 냉매가 교호하는 층 내의 2개의 플레이트 사이에서 순환하도록 할 수도 있다.

일단의 도체(a bundle of conductors)를 갖는 열 교환기의 경우, 덕트와 케이싱 사이의 연결은 상이한 유형일 수 있다. 일반적으로, 덕트는 케이싱의 각 단부에 하나씩, 2개의 쌍을 이룬 지지 플레이트 사이에서 덕트의 단부에 의해 고정되며, 2개의 지지 플레이트는 각 덕트를 위치 설정하기 위한 복수의 오리피스(orifices)를 구비한다. 이번에는 상기 지지 플레이트가 재순환 덕트와 연결하는 수단에 고정되어 있다.

상기 연결 수단은 교환기가 끼워 맞춤되어 있는 재순환 덕트의 디자인에 따라 V자형 연결부 내에 또는 주변 연결 림(a peripheral connecting rim) 또는 플랜지 내에 위치할 수 있다. 특정 경우에, 지지 플레이트는 단일 부품으로 일체화되며, 연결 수단은 단일 연결 플랜지를 형성한다. 또한, 연결 수단은 케이싱의 일 단부 또는 양 단부에 배치된 가스 저장소(reservoir)에 위치할 수 있다.

열 교환기의 작동 동안에 가스 덕트가 팽창하기 쉽다는 것을 강조하는 것은 적절하다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는, 덕트를 상호 간에 사전결정된 거리에 위치 설정된 상태를 유지하도록 그리고 주변부에 안착된 덕트와 덕트를 수납하는 케이싱과의 거리를 유지하도록 외부를 향해 지향된 돌출부를 외면 상에 구비한 덕트가 공지되어 있다.

이러한 방식으로, 압력 상승으로 인한 덕트의 팽창의 경우에, 덕트 사이뿐만 아니라 덕트 조립체와 케이싱 사이에 최소한의 간격을 보장함으로써, 있을 수 있는 상기 덕트의 성능 저하를 회피한다.

미국 특허 제 6,269,870 B1 호 및 유럽 특허 공개 제 0 851 197 A2 호는 상기 돌출부를 구비한 직사각형의 일단의 덕트를 포함하는 열 교환기에 대하여 기술한다.

그러나, 덕트 내부 압력이 4bar를 초과하는 경우가 있을 수 있다. 이는 열 교환기의 기계적 강도의 약화를 초래한다.

본 발명의 특히 엔진의 배기 가스를 위한 가스용 열 교환기의 목적은 제조 비용의 증가 없이 열 교환기의 피로 강도 및 내구성을 크게 향상시킴으로써 종래 기술에서 공지된 교환기에서 드러난 단점들을 극복하는 것이다.

본 발명의 대상인 특히 엔진의 배기 가스를 위한 가스용 열 교환기는, 케이싱 내부에 배치되며 냉매 유체와의 열 교환에 의해 냉각될 가스가 그를 통해 유동하는 복수의 병렬 덕트를 포함하는 유형으로서, 본 발명의 열 교환기는, 케이싱이 케이싱의 내부를 향해 지향되며 케이싱의 표면 상에 스탬핑된(stamped) 일련의 돌출부를 포함하여, 이 돌출부가 덕트 조립체에 대하여 사전결정된 거리에 배치됨으로써 압력이 증가하기 전에 덕트의 제어된 팽창을 보장하도록 하는 것을 특징으로 한다.

열 교환기의 작동 동안에 가스 덕트는 팽창하기 쉬우며 내부 압력이 4bar를 초과하는 것을 강조하는 것은 적절하다.

종래 기술의 경우에서와 같이 덕트 자체의 일부인 대신에 돌출부가 케이싱 상에 스탬핑되어 있는 사실 때문에, 압력 상승으로 인한 상기 덕트의 변형을 효율적으로 제한할 수 있는 케이싱과 덕트 사이의 사전결정된 간격을 형성하는 것이 가능하다. 결과적으로, 그에 따라 덕트의 피로 강도 및 교환기의 내구성이 증가된다.

또한, 이러한 향상은 돌출부가 예컨대 냉매 회로의 입구 덕트 및 출구 덕트의 오리피스와 동시에 케이싱 내에 제조되는 점에서 제조 비용의 증가에 어떠한 영향도 미치지 않는다.

돌출부의 높이는 덕트와 케이싱 사이의 필요한 간격을 유지하기 위해 요구되는 높이일 것이다.

또한, 이들 돌출부의 기하학적 형상은 필요 조건에 따라 그리고 원형, 직사각형, 선형 등일 수 있는 덕트의 형상에 따라 상이할 수 있다.

유리하게, 돌출부는 덕트와 접촉하게 되는 평평한 표면을 그 단부에 포함한다. 바람직하게는 상기 평평한 표면은 정사각형 또는 직사각형 형상을 갖는다.

또한 유리하게, 돌출부는 케이싱의 적어도 한 측면 내에 배치되어 서로 이격된 일련의 병렬 라인을 형성한다. 이러한 경우에, 돌출부의 라인은 케이싱 길이의 적어도 20%만큼 서로 이격되어 있다. 예를 들어, 돌출부 사이의 간격은 20㎜ 내지 40㎜ 사이에서 달라질 수 있다.

선택적으로, 교환기는 적어도 2개의 라인의 돌출부, 바람직하게는 3개의 라인의 돌출부를 포함한다.

바람직한 실시예에 따르면, 돌출부는 케이싱의 각 상면 및 하면에 배치된다. 바람직하게, 상면 및 하면 양자 모두는 각각 6개의 돌출부를 포함한다.

유리하게, 케이싱은 냉매 회로의 입구 및 출구를 포함하며, 이들 각각은 선형으로 연장되는 외부 덕트로 구성된다. 바람직하게, 입구 및 출구 덕트는 수직으로 연장된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열 교환기의 사시도,
도 2는 내부에 수납된 병렬 덕트의 조립체를 도시하게 위해 케이싱의 종방향 단면으로 도시하며 가스 저장소가 제거된 상태의 도 1에 도시된 열 교환기의 사시도,
도 3은 도 1에 도시된 열 교환기의 단면도.

상술한 설명을 쉽게 하기 위해, 본 발명에 따른 특히 엔진의 배기 가스를 위한 가스용 열 교환기에 대한 적어도 하나의 실시예를 개략적으로 그리고 비제한적인 예시로서 도시하는 도면이 첨부된다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 특히 엔진의 배기 가스를 위한 가스용 열 교환기(1)는, 본 예에서 평평하고, 직사각형의 단면을 가지며, 냉매 유체와의 열 교환을 사용한 가스의 순환을 목적으로 하는 병렬 덕트(2)의 조립체를 포함한다. 상기 병렬 덕트(2)의 조립체는 본 예에서 또한 직사각형의 단면을 갖는 케이싱(3) 내부에 수납된다.

도 2는 케이싱(3)의 내부의 병렬 덕트(2)의 조립체를 도시하기 위해 절단된 케이싱(3)을 도시한다. 도 3은 열 교환기(1)의 단면을 도시한다.

덕트(2) 조립체의 양 단부의 각각은 덕트(2)의 위치 설정을 위한 복수의 오리피스(2a)를 나타내는 지지 플레이트(4) 중 하나에 고정되어 있다. 상기 지지 플레이트(4)는 각각 케이싱(3)의 양 단부에 연결된다.

케이싱(3)은 가스 재순환 덕트에 연결된 가스 저장소(5)를 양 단부의 각각에서 하나씩 포함한다. 유사하게, 케이싱(3)은 냉매 회로의 입구(6) 덕트 및 출구(7) 덕트의 각각을 포함한다.

내부 압력이 4bar를 초과할 때까지 열 교환기(1)의 작동 동안 가스 덕트(2)는 팽창하기 쉽다는 사실을 고려해야만 한다. 이는 열 교환기(1)의 기계적 강도의 약화를 초래한다.

이러한 단점을 극복하기 위해, 케이싱(3)은 덕트(2)의 조립체와 직접 접촉하도록 케이싱(3)의 내부를 향해 지향된 일련의 돌출부(8)를 포함한다.

케이싱(3)은 특수 기계를 사용한 브레이징(brazing) 및 압출 성형으로 쉘(shell)을 형성함으로써 제조될 수 있다는 사실 때문에, 특정 영역에서 케이싱의 내부를 향해 지향된 일련의 돌출부(8)를 케이싱에 스탬핑하는 것이 가능하다. 이들 돌출부(8)는 케이싱(3)의 전체 4개의 표면에 어떠한 위치에라도 안착될 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서, 돌출부(8)는 케이싱(3)의 상면 및 하면 모두에 배치되며, 상면 및 하면의 각각은 3개씩 2개의 병렬 라인에 분배된 6개의 돌출부를 포함한다.

적절한 위치에 배치된 상기 돌출부(8)로 인해, 열 교환기(1)의 작동 동안 덕트(2)와 케이싱(3) 사이의 사전결정된 간격을 유지하는 것이 가능하다. 따라서, 그에 의해 열 교환기(1)의 내구성 및 피로 강도가 크게 증가된다.

나아가, 상기 향상은 돌출부(8)가 예컨대 냉매 회로의 입구(6) 및 출구(7) 오리피스와 동시에 케이싱(3) 내에 제조되는 점에서 제조 비용의 증가에 어떠한 영향도 미치지 않는다.

돌출부(8)의 높이는 덕트(2)와 케이싱(3) 사이의 필요한 간격을 유지하기 위해 요구되는 높이일 것이다.

또한, 이들 돌출부(8)의 기하학적 형상은 필요 조건에 따라 그리고 원형, 직사각형, 선형 등일 수 있는 덕트(2)의 형상에 따라 상이할 수 있다.

Claims (9)

1. 케이싱(3) 내부에 배치되며 냉매 유체와의 열 교환에 의해 냉각될 가스가 그를 통해 유동하는 복수의 병렬 덕트(2)를 포함하는, 엔진의 배기 가스를 위한 열 교환기(1)에 있어서,
   상기 케이싱(3)은 상기 케이싱의 내부를 향해 지향되며 상기 케이싱의 표면 상에 스탬핑된(stamped) 일련의 돌출부(8)를 포함하여, 상기 돌출부(8)가 상기 덕트(2)의 조립체에 대해 사전결정된 거리에 배치됨으로써, 압력이 증가하기 전에 상기 덕트(2)의 제어된 팽창을 보장하고, 상기 병렬 덕트의 내부 압력이 4bar를 초과하는 환경 하에서의 사용을 보장하며,
   상기 돌출부(8)는 덕트(2)와 접촉하게 되는 평평한 표면을 돌출부(8)의 단부에 포함하는 것을 특징으로 하는
   엔진 배기 가스용 열 교환기.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 평평한 표면은 정사각형 또는 직사각형 형상을 갖는 것을 특징으로 하는
   엔진 배기 가스용 열 교환기.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 돌출부(8)는 상기 케이싱(3)의 적어도 한 측면 내에 배치되어 서로 이격된 일련의 병렬 라인을 형성하는 것을 특징으로 하는
   엔진 배기 가스용 열 교환기.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 열 교환기는 적어도 2개의 라인의 돌출부(8)를 포함하는 것을 특징으로 하는
   엔진 배기 가스용 열 교환기.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 돌출부(8)는 상기 케이싱(3)의 상면 및 하면의 각각에 배치되는 것을 특징으로 하는
   엔진 배기 가스용 열 교환기.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 상면 및 상기 하면 양자는 각각 6개의 돌출부(8)를 포함하는 것을 특징으로 하는
   엔진 배기 가스용 열 교환기.
8. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 케이싱(3)은 냉매 회로의 입구(6) 및 출구(7)를 포함하며, 상기 입구(6) 및 상기 출구(7)는 각각 선형으로 연장되는 외부 덕트로 구성되는 것을 특징으로 하는
   엔진 배기 가스용 열 교환기.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 입구(6)의 덕트와 상기 출구(7)의 덕트는 수직으로 연장되는 것을 특징으로 하는
   엔진 배기 가스용 열 교환기.

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