KR101676271B1 - 중공 구조 하우징을 포함하는 열교환기 - Google Patents

중공 구조 하우징을 포함하는 열교환기 Download PDF

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Abstract

중공 구조 하우징을 포함하는 열교환기가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 열교환기는, 고온의 유체를 냉각시키는 열교환기(500)로서; 상기 유체가 유동할 수 있는 열교환 튜브(101)를 포함하는 튜브 번들부(100, tube bundle part); 상기 튜브 번들부(100)를 감싸 내부에 수납 및 고정하는 하우징부(200); 상기 하우징부(200)의 일측에 형성되고, 냉매를 하우징 내부로 유도하는 냉매 유입구(310); 상기 하우징부(200)의 타측에 형성되고, 냉매를 하우징 외부로 유도하는 냉매 배출구(320); 상기 하우징부(200)의 일측 단부에 돌출 형성되어 있어, 상기 유체가 유입되어 상기 튜브 번들부(100)로 유입될 수 있도록 유도하는 제 1 유도부재(410); 및 상기 하우징부(200)의 타측 단부에 돌출 형성되어 있어, 상기 유체가 배출되어 상기 튜브 번들부(100)로부터 외부로 배출될 수 있도록 유도하는 제 2 유도부재(420);를 포함하되, 상기 하우징부(200), 제 1 유도부재(410) 및 제 2 유도부재(420)는 중공형 구조이다.

Description

중공 구조 하우징을 포함하는 열교환기 {Heat Exchanger Having Hollow Structured Housing}
본 발명은 중공 구조 하우징을 포함하는 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 열교환기 자체 중량을 감소시킬 수 있고 냉각 효율을 향상시킬 수 있도록 특정구조의 하우징을 구비한 열교환기에 관한 것이다.
일반적으로, 디젤엔진은 연료의 경제성 및 효율이 가솔린엔진에 비하여 우수하기 때문에 버스, 트럭 등 상용차량과 산업계 전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다. 또한, 가까운 미래에 대체연료 자동차 및 전기 자동차가 상용 디젤엔진 차량을 대체할 만한 동력 성능을 가지기 어렵기 때문에, 디젤엔진에 대한 수요는 줄어들지 않을 것으로 기대되고 있다.
현재의 상용 디젤엔진에는 고압분사시스템 채택 및 다단계 분사법이 적용되어, 종래의 기계식 연료분사 시스템에 비해 매연 및 질소산화물의 배출 농도를 현저히 줄이고 있다.
일반적으로, 엔진에서 배출되는 배기 가스 중에는 CO, HC, 및 NOx(질소화합물)등과 같은 유해 성분이 다량 포함되어 있다. 구체적으로, NOx는 산성비, 지구온난화, 인간의 호흡 곤란의 원인 제공 물질로서, 그 양의 저감이 강력히 요구되고 있다. 또한, 엔진 내부의 연소 온도가 높아지면, NOx의 양도 증가하는 특성이 있어, NOx양을 줄이 기 위해 엔진의 연소 온도를 저감시키는 다양한 방법이 개발되어 적용되고 있다.
일반적으로, 오염물질인 NOx의 양을 줄이기 위해 배기 가스 재순환(EGR, Exhaust Gas Recirculation) 시스템을 이용하는 방법이 널리 사용되고 있다. 구체적으로, EGR 시스템은, 연소 후 배출되는 배기 가스의 일부를 흡입 혼합기에 포함시켜 연소실로 유입시킴으로써, 혼합기의 자체 공연 비는 변화시키지 않으면서 혼합기의 밀도를 저하시켜 연소 온도를 저하시키는 역할을 수행한다. 즉, 배기 가스의 일부를 EGR 밸브를 통하여 흡입구에 제공하여 혼합기와 함께 연소 실로 유입시키면, 체적이 변하지 않는 불활성 가스인 배기 가스가 상대적으로 혼합기의 밀도를 저하시켜 화염 전파 속도를 저하시켜 주고, 이는 연소 속도 저하와 더불어 연소 온도 상승을 방지해 NOx의 발생을 억제하게 되는 것이다.
즉, EGR 시스템은 엔진의 운전 상태에 따라 NOx의 양을 저감시킬 필요가 있을 때 활용되는 시스템이다.
이와 더불어, EGR 시스템에는 배기 가스의 온도를 더욱 저하시키도록 EGR 쿨러(coolant)를 추가로 장착한다. 구체적으로, EGR 쿨러는, 배기 가스가 지나는 경로를 감싸 냉각수(Coolant)가 순환하는 구조로 구성되어 있다.
구체적으로, EGR 쿨러는 배기 가스를 냉각시키기 위해 일반적인 열교환기 구조로 구성되는 바, 이에 대한 단면모식도가 도 1에 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 EGR 쿨러는 튜브 번들부(12), 하우징부(13), 냉매 유입구(14), 냉매 배출구(15), 배기 가스 유입구(16), 배기 가스 배출구(17)로 구성될 수 있다. 또한, 배기 가스의 원활한 유입 및 배출을 위해 유도부재(18, 19)가 배기 가스 유입구(16) 및 배기 가스 배출구(17) 주위에 장착될 수 있다.
이러한 구조의 EGR 쿨러는 일반적으로 주조 공정에 의해 제조되는 바, 자체 중량이 크다는 단점을 가지고 있다. 또한, EGR 쿨러의 냉각효율을 향상시킬 필요가 있을 시, 냉매의 유동을 증가 시켜야 하므로 튜브(11)의 개수를 늘려야 하고, 결과적으로 튜브 번들부(12)의 부피가 커지게 되어, EGR 쿨러 전체 부피가 증가하는 문제점이 발생할 수 있다.
따라서, EGR 쿨러의 자체 중량 감소시킴과 동시에, 부피 증가 없이 냉각효율을 향상시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
공개특허공보 제10-2013-0040326호 (2013년 04월 24일 공개)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 열교환기의 자체 중량을 감소시킴과 동시에, 부피 증가 없이 냉각효율을 향상시킬 수 있는 구조의 열교환기를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 열교환기는,
고온의 유체를 냉각시키는 열교환기로서;
상기 유체가 유동할 수 있는 열교환 튜브를 포함하는 튜브 번들부(tube bundle part);
상기 튜브 번들부를 감싸 내부에 수납 및 고정하는 하우징부;
상기 하우징부의 일측에 형성되고, 냉매를 하우징 내부로 유도하는 냉매 유입구;
상기 하우징부의 타측에 형성되고, 냉매를 하우징 외부로 유도하는 냉매 배출구;
상기 하우징부의 일측 단부에 돌출 형성되어 있어, 상기 유체가 유입되어 상기 튜브 번들부로 유입될 수 있도록 유도하는 제 1 유도부재; 및
상기 하우징부의 타측 단부에 돌출 형성되어 있어, 상기 유체가 배출되어 상기 튜브 번들부로부터 외부로 배출될 수 있도록 유도하는 제 2 유도부재;
를 포함하되,
상기 하우징부, 제 1 유도부재 및 제 2 유도부재는 중공형 구조일 수 있다.
이 경우, 상기 제 1 유도부재의 중공구조는 상기 냉매 유입구와 연통되는 구조일 수 있다.
또한, 상기 제 2 유도부재의 중공구조는 상기 냉매 배출구와 연통되는 구조일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 제 1 유도부재의 중공구조는 제 1 바이패스 유로에 의해 냉매 배출구와 연통되어 있고,
상기 제 2 유도부재의 중공구조는 제 2 바이패스 유로에 의해 냉매 유입구와 연통되는 구조일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 제 1 유도부재 또는 제 2 유도부재의 내부면에는 요철부가 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 제 1 유도부재 또는 제 2 유도부재의 중공구조 내부에는 하나 이상의 요철부가 형성될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 열교환기를 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환 설비를 제공하는 바, 상기 열교환 설비는 자동차용 EGR 쿨러(exhaust gas recirculation cooler)일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 열교환기는, 특정 구조의 하우징부 및 유도부재를 구비함으로써, 열교환기 자체 중량을 감소시킬 수 있고, 부피 증가 없이 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 구조의 열교환기 및 이를 포함하는 EGR 쿨러를 제공할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 열교환기의 단면 모식도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 열교환기의 단면 모식도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열교환기의 단면 모식도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하지만 본 발명의 범주가 그것에 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성에 대해서는 그 상세한 설명을 생략하며, 또한 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 소지가 있는 구성에 대해서도 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 2 및 도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 열교환기의 단면 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 열교환기(500)는, 유체가 유동할 수 있는 열교환 튜브(101)를 구비하는 튜브 번들부(100, tube bundle part)를 포함할 수 있다. 또한, 튜브 번들부(100)는 하우징부(200) 내부에 수납 및 고정되고, 하우징부(200)의 일측과 타측에는 냉매 유입구(310) 및 냉매 배출구(320)가 형성될 수 있다.
또한, 유체가 열교환기(500) 내부로 유입되어 튜브 번들부(100)로 유도될 수 있도록, 제 1 유도부재(410)가 하우징부(200)의 일측 단부에 돌출 형성될 수 있고, 유체가 튜브 번들부(100)로부터 배출되어 열교환기(500) 외부로 유도될 수 있도록, 제 2 유도부재(420)가 하우징부(200)의 타측 단부에 돌출 형성될 수 있다.
또한, 하우징부(200), 제 1 유도부재(410) 및 제 2 유도부재(420)는 내부가 비어있는 중공구조일 수 있다.
더욱 구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 유도부재(410)의 중공구조는 냉매 유입구(310)와 연통된 구조일 수 있으며, 제 2 유도부재(420)의 중공구조는 냉매 배출구(320)와 연통된 구조일 수 있다.
따라서, 이러한 구조의 열교환기(500)의 하우징부(200) 및 유도부재(410, 420)는 내부가 비어있는 중공구조이므로, 자체 중량을 감소할 수 있다.
또한, 하우징(200) 및 유도부재(410, 420)의 중공구조는 냉매 유입구(310) 및 냉매 배출구(320)와 각각 연통되어 있으므로, 냉매는 튜브 번들부(100) 뿐만 아니라 하우징부(200) 및 유도부재(410, 420) 내부로도 유동될 수 있으므로, 열교환기(500) 전체 열교환 효율이 향상될 수 있다.
또한, 유도부재(410, 420) 내부의 냉매 유동을 더욱 원활히 하도록, 제 1 유도부재(410)의 중공구조는 제 1 바이패스 유로(431)에 의해 냉매 배출구(320)와 연통되고, 제 2 유도부재(420)의 중공구조는 제 2 바이패스 유로(432)에 의해 냉매 유입구(310)와 연통될 수 있다.
따라서, 이러한 구조의 하우징부(200), 유도부재(410, 420) 및 바이패스 유로(431, 432)를 구비하는 열교환기(500)는, 열교환기 자체 중량을 감소시킬 수 있고, 부피 증가 없이 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
도 4에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열교환기의 단면 모식도가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 열교환기(500A)는, 냉매 유입구(310)와 연통된 구조의 제 1 유도부재(410') 및 냉매 배출구(320)와 연통된 구조의 제 2 유도부재(420')를 포함할 수 있다.
또한, 제 1 유도부재(410') 및 제 2 유도부재(420')의 내부면에는 요철부(411)가 형성될 수 있다.
이러한 구조의 유도부재(410', 420')는 열교환이 이루어지는 표면적을 늘릴 수 있고, 유도부재(410', 420')을 통해 유동하는 냉매에 와류를 형성시킬 수 있어 더욱 향상된 열교환 효율을 달성할 수 있다.
도 5에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열교환기의 단면 모식도가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 열교환기(500B)는, 냉매 유입구(310)와 연통된 구조의 제 1 유도부재(410'') 및 냉매 배출구(320)와 연통된 구조의 제 2 유도부재(420'')를 포함할 수 있다.
또한, 제 1 유도부재(410'') 및 제 2 유도부재(420'')의 중공구조 내부에는 하나 이상의 요철부(412)가 형성될 수 있다.
이러한 구조의 유도부재(410'', 420'')는, 유도부재(410'', 420'')의 중공구조 내부를 통해 유동하는 냉매에 와류를 형성시킬 수 있어 더욱 향상된 열교환 효율을 달성할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 열교환기는, 특정 구조의 하우징부 및 유도부재를 구비함으로써, 열교환기 자체 중량을 감소시킬 수 있고, 부피 증가 없이 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 기술적 이점을 가지게 된다.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10: 종래의 열교환기
11: 튜브 12: 튜브 번들부(tube bundle part)
13: 하우징부 14: 냉매 유입구
15: 냉매 배출구 16: 배기가스 유입구
17: 배기가스 배출구 18: 유도부재
19: 유도부재 100: 튜브 번들부(tube bundle part)
101: 튜브 110: 배기가스 유입구
120: 배기가스 배출구 200: 하우징부
310: 냉매 유입구 320: 냉매 배출구
410: 제 1 유도부재 410', 410'': 제 1 유도부재
411: 요철부 412: 요철부
420: 제 2 유도부재 420', 420'': 제 2 유도부재
431: 제 1 바이패스 유로 432: 제 2 바이패스 유로
500: 열교환기 500A, 500B: 열교환기

Claims (8)

  1. 고온의 유체를 냉각시키는 열교환기(500)로서;
    상기 유체가 유동할 수 있는 열교환 튜브(101)를 포함하는 튜브 번들부(100, tube bundle part);
    상기 튜브 번들부(100)를 감싸 내부에 수납 및 고정하는 하우징부(200);
    상기 하우징부(200)의 일측에 형성되고, 냉매를 하우징 내부로 유도하는 냉매 유입구(310);
    상기 하우징부(200)의 타측에 형성되고, 냉매를 하우징 외부로 유도하는 냉매 배출구(320);
    상기 하우징부(200)의 일측 단부에 돌출 형성되어 있어, 상기 유체가 유입되어 상기 튜브 번들부(100)로 유입될 수 있도록 유도하는 제 1 유도부재(410); 및
    상기 하우징부(200)의 타측 단부에 돌출 형성되어 있어, 상기 유체가 배출되어 상기 튜브 번들부(100)로부터 외부로 배출될 수 있도록 유도하는 제 2 유도부재(420);
    를 포함하되,
    상기 하우징부(200), 제 1 유도부재(410) 및 제 2 유도부재(420)는 중공형 구조인 것을 특징으로 하는 열교환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유도부재(410)의 중공구조는 상기 냉매 유입구(310)와 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 유도부재(420)의 중공구조는 상기 냉매 배출구(320)와 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유도부재(410)의 중공구조는 제 1 바이패스 유로(431)에 의해 냉매 배출구와 연통되어 있고,
    상기 제 2 유도부재(420)의 중공구조는 제 2 바이패스 유로(432)에 의해 냉매 유입구와 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유도부재(410) 또는 제 2 유도부재(420)의 내부면에는 요철부(411)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유도부재(410) 또는 제 2 유도부재(420)의 중공구조 내부에는 하나 이상의 요철부(412)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 열교환기를 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환 설비.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 열교환 설비는 자동차용 EGR 쿨러(exhaust gas recirculation cooler)인 것을 특징으로 하는 열교환 설비.
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