KR101688465B1 - 공랭식엔진의 냉각 방식 전환용 열교환기 - Google Patents

공랭식엔진의 냉각 방식 전환용 열교환기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공랭식 엔진의 냉각 방식 전환용 열교환기에 관한 것으로, 공랭식엔진의 본체와 상기 본체에 서로 대향하게 구비된 실린더 헤드와 상기 실린더 헤드의 외벽에 구비되고 상기 공랭식엔진의 본체와 상기 실린더 헤드를 고정하기 위한 볼트 천공을 포함한 냉각핀을 구비한 공랭식엔진 몸체; 상기 냉각핀 외부를 감싸는 냉각블록과 상기 냉각블록 상부에 구비된 유입구와 상기 냉각블록 하부에 구비된 배출구를 통하여 냉각수를 순환시키며 공랭식엔진 작동 시 발생하는 열을 냉각시키기 위한 공랭식 엔진의 냉각 방식 전환용 열교환기를 제공한다.
이에 더하여, 상기 공랭식 엔진의 냉각 방식 전환용 열교환기를 구비하는 무인 비행체를 제공한다.

Description

공랭식엔진의 냉각 방식 전환용 열교환기{A heat exchanger for cooling of air-cooled engine}
본 발명은 개선된 무인비행체에서 사용되는 공랭식엔진의 열교환기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 종래의 공랭식엔진에 수랭식 냉각 방식을 이용한 냉각블록을 장착하여 공랭식 및 수랭식 냉각을 동시에 이용함으로써 냉각효율을 높이기 위한 공랭식엔진의 냉각 방식 전환용 열교환기에 관한 것이다.
종래에 사용되어오는 공랭식엔진은 구동 시 열에 의하여 온도가 상승하게 되면 실린더 헤드의 외벽에 형성된 냉각핀에 의해 열을 외부로 방출하게 구성되어 있다.
일반적으로 공랭식엔진은 엔진에 프로펠러를 장착하는 형태로 쓰이기 때문에 냉각핀이 작고 가볍다는 특징이 있고, 프로펠러가 회전할 때 자연적으로 생성되는 바람에 의해 공기가 외부에서 직접 실린더 헤드에 닿게 하여 열교환이 이루어지는 형식을 취한다.
그러나 일반적인 비행기엔진에 사용되는 공랭식엔진을 멀티콥터에 사용할 경우 프로펠러가 엔진에서 멀리 위치하기 때문에 프로펠러의 회전력에 의해 자연적으로 생성되는 바람에 의한 냉각효과를 얻기에 어려움이 있다.
한국 특허 제1163984는 종래의 공랭식엔진에 냉각수 통로관을 구비하여 냉각수를 순환시켜 엔진을 냉각시키는 방식을 이용하는데, 이러한 경우에는 종래의 공랭식엔진에 냉각장치를 더한 형태의 엔진을 새로 제작하거나 종래의 실린더 헤드 및 냉각핀에 보강제를 용접해서 사용하게 되는데 이는 한 두 개의 제품을 제작하기에 번거로움이 있고 보강제를 용접하는 경우 용접의 정밀도가 부족할 수 있으며, 이로 인해 냉각효과가 떨어질 수 있고, 통로관을 통해 실린더 헤드의 열이 교환되는 형태이므로 높은 냉각효율을 얻는데 한계가 있다.
KR 등록 1163984 (2012.07.03)
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 종래의 공랭식엔진의 구조를 변형하지 않고 공랭식엔진에 냉각블록을 장착하여 단순하게 냉각 방식을 변경하여 공랭식과 수랭식의 냉각을 동시에 이용하여 냉각 효율을 높일 수 있는 공랭식엔진의 냉각 방식 전환용 열교환기를 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 공랭식엔진의 본체와 상기 본체에 서로 대향하게 구비된 실린더 헤드와 상기 실린더 헤드의 외벽에 구비되고 상기 공랭식엔진의 본체와 상기 실린더 헤드를 고정하기 위한 볼트 천공을 포함한 냉각핀을 구비한 공랭식엔진 몸체; 상기 냉각핀 외부를 감싸는 냉각블록과 상기 냉각블록 상부에 구비된 유입구와 상기 냉각블록 하부에 구비된 배출구를 통하여 냉각수를 순환시키며 공랭식엔진 작동 시 발생하는 열을 냉각시키기 위한 공랭식 엔진의 냉각 방식 전환용 열교환기 및 이를 구비한 무인비행체를 제공한다.
본 발명에 따른 냉각블록은 종래의 공랭식엔진의 구조를 변형하지 않고 냉각 방식을 변경할 수 있으며, 여러 종류의 공랭식엔진에 적용 가능하다. 또한, 실린더 헤드의 냉각핀의 구조물을 그대로 감싸 냉각수를 순환시키는 구조로 보다 높은 냉각효율을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공랭식 엔진의 냉각 방식 전환용 열교환기의 분해 사시도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공랭식 엔진에 냉각블록을 장착한 사시도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공랭식 엔진에 냉각블록을 장착한 투시도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공랭식 엔진에 장착된 냉각블록에 유입된 냉각수의 이동경로를 나타낸 투시도를 나타낸다.
본 발명은 공랭식 엔진의 냉각 방식 전환용 열교환기에 관한 것으로, 공랭식엔진의 본체와 상기 본체에 서로 대향하게 구비된 실린더 헤드와 상기 실린더 헤드의 외벽에 구비되고 상기 공랭식엔진의 본체와 상기 실린더 헤드를 고정하기 위한 볼트 천공을 포함한 냉각핀을 구비한 공랭식엔진 몸체; 상기 냉각핀 외부를 감싸는 냉각블록과 상기 냉각블록 상부에 구비된 유입구와 상기 냉각블록 하부에 구비된 배출구를 통하여 냉각수를 순환시키며 공랭식엔진 작동 시 발생하는 열을 냉각시키기 위한 공랭식 엔진의 냉각 방식 전환용 열교환기를 제공한다.
또한, 상기 냉각블록은 상기 냉각핀을 중심으로 대칭되게 2개의 블록이 상부 및 하부로 나뉘어 상기 냉각핀을 감싸는 형상으로 장착 또는 탈착 할 수 있다.
또한, 상기 냉각블록은 외벽에 블록냉각핀을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 냉각핀과 냉각블록 사이에 상기 냉각수의 누출을 방지하는 개스킷을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 냉각블록 상부에 구비된 유입구는 상부 외측 일단에 구비되고 하부에 구비된 배출구는 상기 유입구와 대각선 방향에 위치되도록 구비될 수 있다.
또한, 상기 냉각수는 상기 볼트 천공을 통과하여 이동하며 열교환이 이루어 질 수 있다.
이에 더하여, 상기 공랭식 엔진의 냉각 방식 전환용 열교환기를 구비하는 무인 비행체를 제공한다.
또한, 상기 무인 비행체는 다수개의 프로펠러와 다수개의 붐을 포함하여 비행하는 비행체를 모두 포함할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 공랭식 엔진의 냉각 방식 전환용 열교환기를 나타낸 분해 사시도, 도 2는 공랭식 엔진에 냉각블록을 장착한 사시도, 도 3은 공랭식 엔진에 냉각블록을 장착한 투시도, 도 4는 공랭식 엔진에 장착된 냉각블록에 유입된 냉각수의 이동경로를 나타낸 투시도를 나타낸다. 이하, 도 1 내지 도 4와 실시예를 통해 본 발명인 공랭식 엔진의 냉각 방식 전환용 열교환기를 상세히 설명한다.
본 발명은 공랭식 엔진의 냉각 방식 전환용 열교환기에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 무인 비행체에 사용되는 공랭식 엔진의 냉각 방식 전환을 통해 냉각효율을 높여 과열 시 엔진의 출력 저하를 방지 할 수 있는 냉각 방식 전환용 열교환기(10)에 관한 것이다.
여기서 냉각 방식이라 함은 통상적으로, 기기나 장치 내부에서 발생한 열을 효과적으로 외부로 발산시키기 위한 방식을 의미하며, 냉각 방식은 냉각 매체의 종류에 따라 공랭식, 수랭식, 유랭식, 가스 냉각식으로 나뉘어진다.
또한, 본 명세서 전체에서 ‘냉각수’라 함은 당해 기술 분야에 속하는 통상의 전문가가 일반적으로 사용가능 한 냉각 장치에서 사용되는 냉각 매체를 의미하며, 여기서, 냉각 매체는 물 또는 오일 등을 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바에 따르면, 본 발명의 공랭식 엔진의 냉각 방식 전환용 열교환기(10)는 공랭식엔진 몸체(100), 냉각블록(200), 개스킷(300)을 포함하여 구성된다.
보다 구체적으로, 공랭식엔진 몸체(100)는 엔진 본체(101)와 상기 본체에 서로 대향하게 구비된 실린더 헤드(102) 및 상기 실린더 헤드의 외벽에 구비된 냉각핀(111)과 상기 냉각핀에 포함되어 상기 공랭식엔진의 본체(101)와 상기 실린더 헤드(102)를 고정하기 위한 볼트 천공(112)으로 구성된다.
상기 공랭식엔진 몸체(100)는 종래에 사용되어 오는 어느 것이든 무인 비행체에 적용 가능한 공랭식엔진이라면 모두 사용 가능하며, 당해 기술분야에 속하는 통상의 전문가가 그 사용목적 및 조건에 따라 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.
이에 더하여, 상기 실린더 헤드(102)를 냉각시키기 위해 구비되는 냉각블록(200)은 상부 냉각블록(201), 하부 냉각블록(202)과 상기 상부 냉각블록의 상부 외측 일단에 구비된 유입구(211), 상기 하부 냉각블록(202) 하부 외측 일단에 구비된 배출구(212) 및 상기 상부 냉각블록과 하부 냉각블록을 연결하는 연결부(213)를 포함하여 구성된다.
상기 냉각블록(200)은 상기 공랭식엔진 몸체의 냉각핀(111)을 중심으로 2개의 상, 하부 냉각블록(201,202)이 대칭되게 상기 냉각핀(111)을 감싸는 형상으로 장착 또는 탈착이 이루어질 수 있다.
여기서, 장착 또는 탈착은 상기 상, 하부 냉각블록(201,202)에 구비된 연결부(213)를 볼트와 너트, 조인트 등 종래에 사용되어 오는 결속 가능한 부재라면 어느 것이나 다 사용 가능하며, 당해 기술분야에 속하는 통상의 전문가가 그 사용 조건에 따라 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 상부 냉각블록(201)의 상부 외측의 냉각수가 유입되는 유입구(211)와 상기 하부 냉각블록(202)의 하부 외측의 냉각수가 배출되는 배출구(212)는 니플로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 유입구(211)는 상부 외측 일단에 구비되고 하부에 구비된 배출구(212)는 상기 유입구(211)와 대각선 방향에 위치되도록 구비될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
여기서, 상기 유입구(211)와 배출구(212)가 대각선 방향에 위치되는 것은 냉각수가 유입되어 상기 실린더 헤드(102) 및 냉각핀(111) 사이를 충분히 이동하며 열교환이 이루어질 수 있게 하기 위함이다.
또한, 도 1에 도시된 (a)와 같이, 상기 상, 하부 냉각블록(201,202)의 외벽에는 블록냉각핀(214) 더 포함하여 이루어질 수 있으며, 상기 블록냉각핀(214)을 구비함으로써 냉각 효율을 높일 수 있다.
이에 더하여, 상기 블록냉각핀(214)는 하부 냉각블록(202)에도 구비될 수 있으며, 상기 유입구(211)와 배출구(212)가 구비된 상면 및 하면에 구비되어 냉각 효율을 높일 수 있다.
또한, 상기 냉각수는 펌프에 의해 유입될 수 있다.
이에 더하여, 상기 개스킷(300)은 상기 냉각핀(111)과 상기 냉각블록(200) 사이에 흐르는 냉각수의 누출을 방지할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 공랭식 엔진의 실린더 헤드 부분은 주로 원형 주물로 이루어져 있어 매끄럽지 못하므로 상기 개스킷(300)을 이용하여 상기 냉각핀(111)과 냉각블록(200) 사이를 밀착시켜 냉각수의 누출을 방지할 수 있다.
상기 개스킷(300)은 개스킷 연결부(311)를 더 포함할 수 있으며, 상기 냉각블록(200)의 연결부(213)와 동일한 형태로 구비될 수 있다. 또한, 상기 개스킷(300)은 인조 가죽 등 가죽 계열의 소재 또는 인조 합성 섬유 등으로 이루어질 수 있다.
도 2 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 냉각핀(111)을 감싸는 형상으로 상기 냉각블록(200)이 장착될 수 있다.
도 4에 도시된 바에 따르면, 상기 유입구(211)를 통해 유입된 냉각수는 상기 배출구(212)로 배출되는 동안 도 4의 화살표로 표시된 바와 같이, 일정한 간격으로 구비된 상기 냉각핀(111) 사이를 저속의 유속을 유지하며 흐르게 되고 상기 볼트 천공(112)을 통로로 하여 통과하며 상기 실린더 헤드(102) 및 냉각핀(111)에서 발생된 열이 냉각수로 이동되어 열교환이 이루어져 상기 배출구(212)를 통해 배출된다.
여기서, 상기 냉각수는 상기 실린더 헤드(102) 및 냉각핀(111) 표면을 직접적으로 흐르기 때문에 열교환 표면적이 넓게 되어 열교환 효과를 극대화할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 공랭식 엔진의 냉각 방식 전환용 열교환기는 종래의 공랭식엔진의 냉각핀을 변형하지 않고 그대로 이용하여 수랭식 냉각 방식을 보다 쉽게 적용하여 냉각효율을 높일 수 있다.
이에 더하여, 상기에서 상술한 열교환기는 무인 비행체에 구비될 수 있으며, 상기 무인 비행체는 다수개의 프로펠러와 다수개의 붐을 포함하여 비행하는 비행체를 모두 포함할 수 있다.
일 예로는 멀티콥터, 멀티로터, 드론, 핼리캠 등이 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
10: 공랭식 엔진의 냉각 방식 전환용 열교환기
100: 공랭식엔진 몸체 101: 공랭식엔진 본체
102: 실린더 헤드
111: 냉각핀 112: 볼트 천공
200: 냉각블록
201: 상부 냉각블록 202: 하부 냉각블록
211: 유입구 212: 배출구
213: 연결부 214: 블록냉각핀
300: 개스킷 311: 개스킷 연결부

Claims (8)

  1. 공랭식엔진의 본체, 상기 본체에 서로 대향하게 구비된 실린더 헤드 및 상기 실린더 헤드의 외벽에 구비되는 볼트 천공이 형성된 냉각핀으로 이루어진 공랭식엔진 몸체를 포함하는 공랭식엔진의 열교환기에 있어서,
    상기 냉각핀의 둘레를 감싸도록 상기 냉각핀을 중심으로 탈착이 가능하며, 서로 대칭으로 배치되는 상부 및 하부 냉각블록;
    상기 상부 냉각블록 상부에 구비된 유입구; 및
    상기 하부 냉각블록 하부에 구비된 배출구; 를 포함하며,
    상기 유입구 및 배출구를 통하여 냉각수를 순환시키되,
    상기 볼트 천공은 상기 상부 및 하부 냉각블록 내에 위치되어 상기 냉각수가 상기 볼트 천공을 통과하여 이동하며 상기 실린더 헤드 및 상기 냉각핀과 직접 접촉되어 열 교환 되는 것을 특징으로 하는 공랭식 엔진의 냉각 방식 전환용 열교환기.

  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각블록은 외벽에 블록 냉각핀을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공랭식 엔진의 냉각 방식 전환용 열교환기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각핀과 냉각블록이 결합되는 결합면 사이를 밀폐시켜 상기 냉각수의 누출을 방지하도록 상기 냉각핀이 구비된 실린더 헤드 둘레를 감싸는 개스킷을 더 포함하여 구비되는 것을 특징으로 하는 공랭식 엔진의 냉각 방식 전환용 열교환기.

  5. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각블록 상부에 구비된 유입구는 상부 외측 일단에 구비되고 하부에 구비된 배출구는 상기 유입구를 기준으로 대각선 방향에 위치되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 공랭식 엔진의 냉각 방식 전환용 열교환기.


  6. 삭제
  7. 제 1항 및 제 3항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따른 열교환기를 구비하는 무인 비행체.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 무인 비행체는 다수개의 프로펠러와 다수개의 붐을 포함하여 비행 하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체.

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