KR101839494B1 - 바디셀 지지돌기를 구비하는 이지알 쿨러 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 이지알 쿨러는, 냉각수가 유출입되는 바디셀; 상기 바디셀의 내측면과 이격되도록 상기 바디셀 내에 장착되는 다수 개의 가스튜브; 상기 바디셀의 끝단을 덮도록 결합되며, 상기 가스튜브의 끝단이 삽입되는 개구부가 형성된 플랫플레이트;를 포함하되, 상기 플랫플레이트의 내측면에는, 상기 바디셀의 내벽을 지지하는 하나 이상의 지지돌기가 구비된다. 본 발명에 의한 이지알 쿨러는, 바디셀에 외력이 인가되더라도 상기 바디셀이 처지지 아니하므로 바디셀 끝단이 플랫플레이트에 안정적으로 결합된 상태를 유지할 수 있고, 이에 따라 바디셀 내부의 냉각수가 외부로 유출되는 현상을 방지할 수 있다는 장점이 있다.

Description

바디셀 지지돌기를 구비하는 이지알 쿨러 {EGR cooler with protrusion for supporting body shell}
본 발명은 배기가스 재순환시스템(EGR:Exhaust Gas Recirculation, 이하 '이지알' 이라 함)으로 유입되는 배기가스를 냉각수로 냉각시키는 이지알 쿨러에 관한 것으로, 더 상세하게는 바디셀의 처짐 현상이 발생되지 아니하도록 플랫플레이트에 지지돌기가 구비된 이지알 쿨러에 관한 것이다.
일반적으로 이지알(EGR: Exhaust Gas Recirculation)은 배기가스의 일부를 다시 흡기계로 재순환시켜 흡입공기 중의 CO2 농도를 증대시켜 연소실의 온도를 저하시키고 이에 의해 NOx를 저감시키는 시스템이다.
한편, NOx 발생 메커니즘을 구체적으로 살펴보면, 공기는 약 79%의 질소와 21%의 산소 및 기타 미량의 원소로 구성되어 있다. 상온에서 질소와 산소는 서로 반응을 일으키지 않지만 고온(약 1450℃이상)에서는 서로 반응을 하여 질소산화물(thermal NOx)이 된다. 특히 디젤엔진은 압축착화방식으로 연소를 일으키며 실린더의 재질 발달로 인해 압축비가 점점 더 높아져 연소실의 온도가 높아지고 있다. 연소실 온도의 상승은 열역학적 엔진 효율을 증대시키지만, 고온으로 인한 질소산화물이 다량 발생을 하고 있다. 이러한 질소산화물은 지구환경을 파괴하는 주요 유해물질로써, 산성비, 광학스모그, 호흡기 장애 등을 일으킨다.
이지알에 의한 NOx 저감 원리는 첫째 불활성가스(수증기, 이산화탄소 등) 재순환에 의해 연소실 최고온도를 낮추는 것이며, 둘째 희박연소에 의해 질소산화물 생성분위기를 방지하는 것이며, 셋째 고비열 냉각 불활성 가스 투입으로 인한 점화진각 지연 및 연소실 국부 최고온도 및 압력을 낮추는 것이다. 한편, 디젤기관에서 이지알(EGR)에 의한 NOx 저감 메커니즘은 가솔린과는 달리 산소농도 저감이 근본적인 원인이라는 연구와 이에 반론하여 화염온도 감소가 원인이라는 연구가 보고되었다. 현재로서는 어느 것이 옳은지에 대한 결론은 제시되지 않은 상태이지만, 산소농도와 화염온도의 NOx 저감 기여도는 동일한 수준인 것으로 최근 보고되고 있다.
이지알 쿨러가 설치된 이지알은 디젤엔진의 배기규제가 엄격해지면서 연비와 PM의 증가없이 NOx를 저감시키는 방법으로 엔진의 냉각수를 이용한 냉각기(쿨러)를 설치함으로서 비교적 적은 투자로서 NOx저감에 큰 효과를 얻을 수 있는 장치이다.
이 경우에 이지알 쿨러는 700℃ 정도의 배기가스 온도를 150℃~200℃까지 냉각시켜야 하므로 내열성 재질이어야 하며, 자동차 내부에 설치되기 위해 콤팩트하게 설계되어야 하며, 적절한 EGR량을 공급하기 위해 압력강하가 최소화되어야 하며, 열교환 중 배기가스로부터 응축이 발생하며 연료의 황성분 때문에 응축수에 황산이 포함되어 부식을 일으키기 쉬우므로 방식성 재료이어야 하며, 배기가스의 맥동영향으로 기계적 부하가 작용하므로 일정의 기계적 강도가 있어야 하며, 배기가스의 입자상물질(PM) 등이 통로 내부를 막을 수 있어 파울링(fouling)에 대한 대책이 요구된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 종래의 이지알 쿨러에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 종래의 이지알 쿨러의 분해사시도이고, 도 2는 종래의 이지알 쿨러 부분단면도이다.
일반적으로 이지알 쿨러는, 냉각수가 유출입되는 바디셀(10)과, 상기 바디셀(10) 내에 설치되어 배기가스가 흐르는 다수의 가스튜브(20)와, 상기 바디셀(10)의 끝단을 덮는 플랫플레이트(30)를 구비한다. 상기 플랫플레이트(30)에는 가스튜브(20)의 끝단이 삽입되는 개구부(32)가 형성되어 있는바, 상기 다수의 가스튜브(20) 사이에는 냉각수가 흐를 수 있는 이격공간이 확보된다. 또한 상기 바디셀(10)과 가스튜브(20) 사이에도 냉각수가 흐를 수 있도록, 바디셀(10)과 가스튜브(20)는 일정 거리 이격된 상태를 유지하도록 구성된다.
이때, 상기 플랫플레이트(30)는 브레이징 공정을 통해 바디셀(10) 끝단에 결합되는데, 바디셀(10) 끝단과 플랫프레이트(30) 간의 접촉면적이 좁은 관계로 바디셀(10) 끝단과 플랫플레이트(30) 간의 결합력에는 한계가 발생된다. 따라서 도 2에 도시된 화살표 방향으로 외력이 인가되었을 때 바디셀(10)이 아래로 처지는 현상이 발생될 수 있다는 문제점이 있다.
이와 같이 바디셀(10)이 아래로 처지면 바디셀(10) 끝단이 플랫플레이트(30)로부터 분리되는바, 바디셀(10) 내의 냉각수가 외부로 유출되는 심각한 문제가 발생될 수 있다.
KR 10-0823654 B1
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 바디셀에 외력이 인가되더라도 상기 바디셀이 처지지 아니하도록 하여 바디셀 끝단이 플랫플레이트에 안정적으로 결합된 상태를 유지할 수 있고, 이에 따라 바디셀 내부의 냉각수가 외부로 유출되는 현상을 방지할 수 있는 이지알 쿨러를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 이지알 쿨러는, 냉각수가 유출입되는 바디셀; 상기 바디셀의 내측면과 이격되도록 상기 바디셀 내에 장착되는 다수 개의 가스튜브; 상기 바디셀의 끝단을 덮도록 결합되며, 상기 가스튜브의 끝단이 삽입되는 개구부가 형성된 플랫플레이트;를 포함하되, 상기 플랫플레이트의 내측면에는, 상기 바디셀의 내벽을 지지하는 하나 이상의 지지돌기가 구비된다.
상기 지지돌기는, 측벽 외면이 상기 바디셀의 내측면과 0.1㎜ ~ 0.3㎜ 이격되도록 형성된다.
상기 지지돌기는, 측벽 외면이 상기 가스튜브의 외측면과 0.1㎜ ~ 0.3㎜ 이격되도록 형성된다.
지지돌기는, 상기 바디셀과 상기 가스튜브 사이에 삽입되며, 끝단으로 갈수록 횡단면이 좁아지는 방향으로 측벽이 경사지게 형성된다.
상기 지지돌기는, 횡단면이 원형을 이루도록 형성된다.
상기 지지돌기는, 횡단면이 타원형을 이루도록 형성된다.
상기 지지돌기는, 횡단면이 사각형을 이루도록 형성된다.
상기 바디셀은 사각관 형상으로 형성되고, 상기 지지돌기는 상기 바디셀을 구성하는 4개의 벽을 각각 지지하도록 4개 이상 구비된다.
본 발명에 의한 이지알 쿨러는, 바디셀에 외력이 인가되더라도 상기 바디셀이 처지지 아니하므로 바디셀 끝단이 플랫플레이트에 안정적으로 결합된 상태를 유지할 수 있고, 이에 따라 바디셀 내부의 냉각수가 외부로 유출되는 현상을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 이지알 쿨러의 분해사시도이다.
도 2는 종래의 이지알 쿨러 부분단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 이지알 쿨러의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명에 의한 이지알 쿨러에 포함되는 플랫플레이트의 배면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 이지알 쿨러의 단면도 및 확대단면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 A-A 선을 따라 절단된 이지알 쿨러의 횡단면도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명에 의한 이지알 쿨러에 포함되는 플랫플레이트의 다른 실시예를 도시한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 이지알 쿨러의 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 의한 이지알 쿨러의 분해사시도이고, 도 4는 본 발명에 의한 이지알 쿨러에 포함되는 플랫플레이트의 배면도이며, 도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 이지알 쿨러의 단면도 및 확대단면도이다.
본 발명에 의한 이지알 쿨러는, 고온의 배기가스를 저온의 냉각수와 열전달시켜 일정 수준 냉각시킨 후 배기가스 재순환시스템(EGR:Exhaust Gas Recirculation)으로 전달하기 위한 장치로서, 냉각수가 유출입되는 바디셀(100)과, 상기 바디셀(100)의 내측면과 이격되도록 상기 바디셀(100) 내에 장착되는 다수 개의 가스튜브(200)와, 상기 바디셀(100)의 끝단을 덮도록 결합되며 상기 가스튜브(200)의 끝단이 삽입되는 개구부(310)가 형성된 플랫플레이트(300)를 포함한다. 이때 본 발명에 의한 이지알 쿨러는, 바디셀(100) 중 플랫플레이트(300)와 연결되는 부위가 아래로 처지는 현상(내측으로 밀려 들어가는 현상)이 발생되지 아니하도록, 상기 가스튜브(200)의 내측면을 지지하는 지지돌기(320)를 구비한다는 점에 구성상의 가장 큰 특징이 있다.
즉, 본 발명에 의한 이지알 쿨러는, 상기 바디셀(100)의 내벽을 지지하는 하나 이상의 지지돌기(320)가 플랫플레이트(300) 내측면(도 5 및 도 6에서는 우측면)에 구비되도록 구성되는바, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 플랫플레이트(300)가 바디셀(100)의 끝단을 덮도록 결합된 상태에서 상기 바디셀(100)에 하향 외력이 인가되더라도 상기 바디셀(100)은 내측(도 5 및 도 6에서는 하측)으로 처지지 아니하게 된다는 장점 즉, 구조적 강도가 향상된다는 장점이 있다.
이와 같이 바디셀(100)의 처짐이 방지되면, 바디셀(100)의 구조적 강도가 개선되어 내구성이 향상될 뿐만 아니라, 바디셀(100) 끝단이 플랫플레이트(300)와 분리될 우려가 없어지므로 바디셀(100) 내부를 흐르던 냉각수가 바디셀(100) 외부로 유출되는 현상도 발생되지 아니하게 된다는 장점이 있다.
이때 상기 지지돌기(320)는 플랫플레이트(300)의 내측면으로부터 돌출되도록 별도로 형성될 수도 있고, 상기 플랫플레이트(300)를 프레스 가공하는 과정을 통해 형성될 수도 있다. 즉, 상기 지지돌기(320)는 바디셀(100)의 내측면을 지지하도록 돌출될 수만 있다면 어떠한 공법으로도 제작될 수 있는바, 상기 지지돌기(320)를 형성하는 가공방법에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예에 도시된 바와 같이 상기 바디셀(100)이 사각관 형상으로 형성되는 경우, 상기 바디셀(100)에 어느 방향으로의 외력이 인가되더라도 상기 바디셀(100)이 변형되지 아니하도록, 상기 지지돌기(320)는 상기 바디셀(100)의 4개의 벽과 대응되는 지점에 각각 하나 이상씩 구비됨이 바람직하다. 이와 같이 플랫플레이트(300) 각 변에 상기 지지돌기(320)가 구비되면, 바디셀(100)은 4개의 벽이 모두 지지돌기(320)에 지지되는바, 어느 방향으로 외력이 인가되더라도 안쪽으로 밀려 들어가지 아니하게 된다는 이점이 있다.
이때, 본 실시예에서는 바디셀(100)의 각 벽을 하나의 지지돌기(320)가 지지하는 경우만을 도시하고 있으나, 바디셀(100)의 각 벽을 지지하는 지지돌기(320)의 개수는 바디셀(100)의 강도나 상기 바디셀(100)로 인가되는 외력의 종류 등 여러 조건에 따라 둘 이상으로 적용될 수 있다.
한편, 도 6에 도시된 상태에서 바디셀(100)에 하향 외력이 인가되면, 상기 바디셀(100)에 인가된 외력은 바디셀(100)을 지지하는 지지돌기(320)로 전달되는데, 상기 하향 외력이 매우 큰 경우 플랫플레이트(300)가 변형되는 경우가 발생될 수도 있다.
따라서 본 발명에 의한 이지알 쿨러는 바디셀(100)로 인가된 외력이 지지돌기(320)를 통해 가스튜브(200)로도 분산될 수 있도록, 상기 지지돌기(320)가 바디셀(100)과 가스튜브(200) 사이에 끼워맞춤 방식으로 삽입되는 구조로 형성될 수 있다. 이와 같이 지지돌기(320)가 바디셀(100)과 가스튜브(200) 사이에 삽입되도록 구성되면, 플랫플레이트(300)를 바디셀(100)에 결합시키는 과정에서 플랫플레이트(300)의 조립방향이 약간이라도 어긋나는 경우 상기 지지돌기(320)의 끝단이 바디셀(100) 끝단에 간섭되어 상기 지지돌기(320)가 바디셀(100)과 가스튜브(200) 사이로 원활하게 삽입되지 못하는 경우가 발생될 수 있다.
따라서 상기 지지돌기(320)는 끝단으로 갈수록 횡단면이 좁아지는 방향으로 측벽이 경사지게 형성될 수 있다. 이와 같이 지지돌기(320)의 측벽이 경사지게 형성되면, 플랫플레이트(300)의 조립방향이 약간 어긋나더라도 바디셀(100)의 끝단은 지지돌기(320)의 경사진 측벽을 타고 슬라이딩되는바, 플랫플레이트(300)가 정확한 위치에 결합될 수 있다는 장점이 있다.
도 7은 도 6에 도시된 A-A 선을 따라 절단된 이지알 쿨러의 횡단면도이다.
플랫플레이트(300)가 바디셀(100)의 끝단에 장착되었을 때 상기 지지돌기(320)가 바디셀(100)과 가스튜브(200) 사이에 끼워맞춤 방식으로 삽입되면 플랫플레이트(300)를 지지하는 효율은 높아질 수 있으나, 제조공차 등에 의해 지지돌기(320)의 크기 및 위치가 약간이라도 어긋나는 경우 플랫플레이트(300)가 바디셀(100)에 정상적으로 결합되지 못할 우려가 있다.
반대로 플랫플레이트(300)가 바디셀(100)의 끝단에 장착되었을 때 상기 지지돌기(320)가 바디셀(100)과 너무 멀리 이격되면, 상기 바디셀(100)이 지지돌기(320)에 닿을 때까지 내측으로 처지게 되는바, 바디셀(100)의 처짐을 방지하는 효과가 미비해질 우려가 있다.
따라서 상기 지지돌기(320)는 측벽 외면이 상기 바디셀(100)의 내측면과 사전에 설정된 미세한 간격만큼 이격되도록, 예를 들어 0.1㎜ ~ 0.3㎜ 이격되도록 형성됨이 바람직하다. 이와 같이 지지돌기(320)와 바디셀(100)이 0.1㎜ ~ 0.3㎜ 이격되도록 설정되면, 플랫플레이트(300)의 조립불량을 방지할 수 있으면서 바디셀(100)의 처짐을 효과적으로 방지할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 상기 바디셀(100)에 인가된 외력이 지지돌기(320)로 전달되었을 때 상기 외력이 가스튜브(200)로도 분산될 수 있도록, 상기 지지돌기(320)는 가스튜브(200)와 인접하도록 위치됨이 바람직하다. 그러나 상기 지지돌기(320)가 가스튜브(200)에 밀착되도록 설정되면, 지지돌기(320)의 크기 및 위치가 약간이라도 어긋나는 경우 가스튜브(200)를 플랫플레이트(300)의 개구부(310)에 삽입시키는 과정에서 상기 가스튜브(200)의 끝단이 지지돌기(320)에 간섭될 수 있는 문제점 즉, 가스튜브(200)의 끝단이 플랫플레이트(300)의 개구부(310)에 정상적으로 삽입되지 못하는 경우가 발생될 수 있다.
반대로 지지돌기(320)가 가스튜브(200)와 너무 널리 이격되도록 설정되면, 바디셀(100)에 인가된 외력이 지지돌기(320)를 통해 가스튜브(200)로 분산되는 효과를 기대할 수 없는 바, 상기 지지돌기(320)는 측벽 외면이 상기 가스튜브(200)의 외측면과 사전에 설정된 미세한 간격만큼 이격되도록, 예를 들어 0.1㎜ ~ 0.3㎜ 이격되도록 형성됨이 바람직하다.
물론, 상기 지지돌기(320)의 측벽 외면이 바디셀(100)이나 가스튜브(200)와 이격되는 거리는, 지지돌기(320)의 규격이나 바디셀(100) 및 가스튜브(200)의 구조적 특성 등 다양한 조건에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명에 의한 이지알 쿨러에 포함되는 플랫플레이트(300)의 다른 실시예를 도시한다.
도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이 지지돌기(320)가 원형의 횡단면을 갖는 형상 즉, 원통형상으로 형성되도록 구성되는 경우, 제작자는 일반적으로 프레스 가공을 통해 상기 지지돌기(320)를 형성될 수 있으므로 플랫플레이트(300) 제작을 용이하게 할 수 있다는 장점이 있다. 이때, 상기 바디셀(100)을 지지하는 지지돌기(320)의 지지력을 높이기 위해서는 상기 지지돌기(320)의 지름(더 명확하게는 횡단면적)을 증가시켜야 하는데, 바디셀(100)과 가스튜브(200) 간의 이격거리는 일정하게 설정되어 있는바, 상기 언급한 바와 같이 지지돌기(320)의 지름을 증가시키는 데에는 한계가 발생되고, 이에 따라 지지돌기(320)의 지지력을 높이는 데에도 한계가 있다는 문제점이 있다.
따라서 상기 플랫플레이트(300)에 구비되는 지지돌기(320)는, 바디셀(100)과 가스튜브(200) 간의 이격거리가 일정하더라도 횡단면적이 증가될 수 있도록 다양한 형상으로 대체될 수 있다.
예를 들어 상기 지지돌기(320)는, 도 8에 도시된 바와 같이 횡단면이 타원형을 이루도록 형성될 수도 있다. 이와 같이 지지돌기(320)의 횡단면이 타원형을 이루는 경우, 횡단면이 원형인 경우에 비해 상기 지지돌기(320)의 단면적이 증가하는바, 상기 지지돌기(320)의 지지력이 높아진다는 장점 즉, 바디셀(100)을 보다 견고하게 지지할 수 있다는 장점이 있다. 물론, 상기 지지돌기(320)의 횡단면 형상은 본 실시예에 도시된 타원형뿐만 아니라 다양한 형상으로 대체될 수 있다.
한편, 상기 지지돌기(320)는 바디셀(100)을 지지하는 면적이 증가될 수 있도록, 상기 바디셀(100) 내측면과 마주보는 측이 평면을 이루도록 형성될 수도 있다. 예를 들어 상기 지지돌기(320)는 도 9에 도시된 바와 같이 횡단면이 사각형을 이루도록 형성될 수도 있다.
이와 같이 상기 지지돌기(320)가 사각기둥 형상으로 형성되면, 도 3 내지 도 8에 도시된 지지돌기(320)에 비해 바디셀(100)의 내측면을 지지하는 면적이 현저히 증가하게 되는바, 상기 바디셀(100)을 더욱 안정적으로 지지할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 상기 지지돌기(320)의 횡단면이 사각형을 이루도록 형성되는 경우에 있어서도, 상기 지지돌기(320)의 폭을 증가시킴으로서 지지돌기(320)의 지지력을 향상시킬 수도 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100 : 바디셀 200 : 가스튜브
300 : 플랫플레이트 310 : 개구부
320 : 지지돌기

Claims (8)

  1. 냉각수가 유출입되는 바디셀;
    상기 바디셀의 내측면과 이격되도록 상기 바디셀 내에 장착되는 다수 개의 가스튜브; 및
    상기 바디셀의 끝단을 덮도록 결합되며, 상기 가스튜브의 끝단이 삽입되는 개구부가 형성된 플랫플레이트;
    를 포함하되,
    상기 플랫플레이트의 내측면에는, 상기 바디셀 중 플랫플레이트와 연결되는 부위의 내벽을 지지하는 하나 이상의 지지돌기가 구비되되,
    상기 지지돌기는, 상기 바디셀과 상기 가스튜브 사이에 삽입되며, 끝단으로 갈수록 횡단면이 좁아지는 방향으로 측벽이 경사지게 형성되고,
    상기 바디셀은 사각관 형상으로 형성되며, 상기 지지돌기는 상기 바디셀을 구성하는 4개의 벽을 각각 지지하도록 4개 이상 구비되는 것을 특징으로 하는 이지알 쿨러.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지돌기는, 측벽 외면이 상기 바디셀의 내측면과 0.1㎜ ~ 0.3㎜ 이격되는 것을 특징으로 하는 이지알 쿨러.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 지지돌기는, 측벽 외면이 상기 가스튜브의 외측면과 0.1㎜ ~ 0.3㎜ 이격되는 것을 특징으로 하는 이지알 쿨러.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지돌기는, 횡단면이 원형인 것을 특징으로 하는 이지알 쿨러.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지돌기는, 횡단면이 타원형인 것을 특징으로 하는 이지알 쿨러.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지돌기는, 횡단면이 사각형으로 형성되어 상기 바디셀 내측면과 면접촉을 하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이지알 쿨러.
  8. 삭제
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