KR102685804B1 - 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바이오가스 발전기를 구동하는 엔진본체의 급기를 냉각시켜 공급하는 인터쿨러, 및 바이오가스 발전기에 관한 것이다. 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러는 엔진본체로 공급되는 급기가 지나는 복수 개의 방열튜브와 상기 복수 개의 방열튜브를 지지하면서 상기 방열튜브의 열을 확산시켜 열교환하는 방열플레이트를 포함하는 열교환기, 상기 방열플레이트의 사이로 상기 열교환기와 열교환하는 외기를 강제적으로 송풍하는 냉각팬, 및 상기 냉각팬으로부터 상기 열교환기로 제공되는 외기에 포함된 이물질에 의해 상기 방열튜브 또는 상기 방열플레이트의 손상을 방지하도록 상기 냉각팬과 마주하는 상기 방열튜브에 지지되면서 상기 복수 개의 방열플레이트와 각각 연속된 복수 개의 방호날개를 포함하는 방호부재를 포함한다. 따라서, 인터쿨러의 열교환효율을 향상시킬 수 있다.

Description

공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러{An intercooler that improves efficiency by reducing air resistance}

본 발명은 바이오가스 발전기를 구동하는 엔진본체의 급기를 냉각시켜 공급하는 인터쿨러, 및 바이오가스 발전기에 관한 것이다.

일반적으로 발전기는 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 장치로서, 운동에너지를 제공하는 수단에 따라 풍력 발전기, 수력 발전기, 엔진 발전기 등으로 구분된다.

발전기 중에서 비상용 발전기 또는 자연동력을 얻기 어려운 장소에서는 강제적으로 동력을 제공하는 엔진 발전기가 많이 이용되며, 엔진 발전기는 연료를 연소하는 엔진에 의해 발전장치를 구동하는 형태로 발전한다.

그러나, 엔진 발전기는 연료를 소모하기 때문에 배기가스에 포함된 유해물질로 인한 환경오염이 발생하기 때문에 최근에는 배기가스에 의한 환경오염의 발생하는 것을 최소화하기 위한 기술이 개발되고 있다.

이를 해결하기 위해 바이오가스를 이용한 바이오가스 발전기가 개시된 바가 잇다.

바이오가스 발전기는 엔진으로 공급되는 급기에 바이오가스를 혼합하여 공급함으로써, 연료의 연소에 따른 폭발성을 향상시켜 연소온도를 높임으로써, 배기가스에 유해물질을 최소화한 상태로 배기하여 환경오염을 최소화할 수 있었다.

이에 더 나가아가서는 엔진에 과급기하여 엔진효율을 향상시켜 발전성을 향상하도록 엔진의 급기를 과급기하기 위한 인터쿨러를 설치하였으며, 인터쿨러는 종래에 한국등록특허공보 제10-2532045호(2023.5.12.공고)에 "바이오가스 발전기의 효율을 향상시킨 발전기용 인터쿨러"가 개시된 바가 있다.

상기한 종래의 인터쿨러는 바이오가스에 공기가 혼합된 혼합연료가 지나는 쿨러하우징, 및 상기 쿨러하우징의 내부에 설치되어 상기 쿨러하우징의 내부를 지나는 혼합연료와 열교환하여 상기 혼합연료를 냉각하는 열교환기를 포함하는 바이오가스 발전기의 효율을 향상시킨 발전기용 인터쿨러에 있어서, 상기 쿨러하우징은 상기 열교환기가 수용되는 수용부, 상기 수용부의 양측에 관통형성되어 상기 혼합연료가 상기 수용부로 유출입되는 연통공, 상기 수용부로 상기 혼합연료가 공급되는 것을 차단 또는 개방하도록 상기 연통공을 개폐하는 개폐도어, 상기 열교환기로 냉매를 공급하는 냉매배관, 및 상기 열교환기를 교체 또는 청소하기 위해 상기 수용부에서 상기 열교환기를 탈착 가능하도록 상기 냉매배관과 상기 열교환기를 탈착 가능하게 결합하는 배관탈착결합부 포함하였다.

이와 같은 종래의 인터쿨러는 열교환기를 탈착 가능하게 구성하여 열교환기를 수리 및 교체가 용이할 뿐만 아니라, 열교환기를 주기적으로 청소하여 내구성을 향상 및 발전효율을 향상시킬 수 있으며, 교체 시에 열교환기만 분리하여 교체하기 때문에 유지관리비용을 절감시킬 수 있었다.

하지만, 종래의 인터쿨러는 외기에 포함된 이물질이 열교환기와 충돌하면서, 열교환기가 손상되는 경우, 열교환성이 하락되며, 열교환기를 전체 교체해야 하기 때문에 유지보수비용이 증가되는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 인터쿨러는 열교환기에 외기가 통과할 때, 열교환기의 열교환핀에 의해 저항이 증대되어 신속하게 외기가 열교환기를 통과하지 못해 열교환성이 하락되는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 인터쿨러는 엔진으로 공급되는 급기를 압축하여 공급할 때, 급기의 온도가 높아져 인터쿨러의 냉각효율이 떨어져 인터쿨러의 냉각효율이 낮은 문제점이 있었다.

KR 10-2532045 B1 KR 10-2511015 B1 KR 10-2526437 B1 US 2021/0148660 A1 US 11,085,364 B2 US 11,137,218 B2

오광헌 외 2인, 2019 한국자동차공학회 춘계학술대회 자료, page. 219-223, 공랭식 인터쿨러 성능에 영향을 미치는 인자들에 대한 실험적 연구 오광헌 외 3인, 2022 한국자동차공학회 춘계학술대회 자료, page. 213-217, 인터쿨러 탱크에서 과급공기 압력차이에 관한 실험적 연구 김성근 외 6인, 2020년 한국자동차공학회 추계학술대회 및 전시회 자료, page. 61-62, 저온 환경에서 발생하는 인터쿨러 내부 응축수 발생량 예측

본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 열교환기에 방호부재를 설치하여 외기에 포함된 이물질에 의해 열교환기를 보호하여 열교환기의 손상에 따른 유지보수비용을 절감할 수 있는 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러, 이를 구비한 발전기용 엔진, 및 바이오가스 발전기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 방호부재가 열교환기의 방열튜브에 접촉하여 방열기능을 수행할 수 있는 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러, 이를 구비한 발전기용 엔진, 및 바이오가스 발전기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 열교환기에서 발생하는 응축수를 압축냉각라인을 통해 급기압축기로 제공하여 급기를 압축시의 급기압축기의 온도를 낮춰 압축효율을 높임으로써, 인터쿨러의 열교환효율을 향상시킬 수 있는 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러, 이를 구비한 발전기용 엔진, 및 바이오가스 발전기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 급기압축기에서 압축된 급기의 일부를 응축수받이부로 제공하여 응축수받이부에 저장된 응축수를 급기압축기로 분사하는 분사압을 제공할 수 있는 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러, 이를 구비한 발전기용 엔진, 및 바이오가스 발전기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 열교환기를 중심으로 일측에는 냉각팬을 배치하고, 타측에는 외기를 흡입하는 외기흡입부를 설치하여 냉각팬에 의해 열‚‘환기로 제공되는 외기를 신속하게 통과하도록 함으로써, 인터쿨러의 열교환효율을 향상시킬 수 있는 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러, 이를 구비한 발전기용 엔진, 및 바이오가스 발전기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러는 엔진본체로 공급되는 급기가 지나는 복수 개의 방열튜브와 상기 복수 개의 방열튜브를 지지하면서 상기 방열튜브의 열을 확산시켜 열교환하는 방열플레이트를 포함하는 열교환기, 상기 방열플레이트의 사이로 상기 열교환기와 열교환하는 외기를 강제적으로 송풍하는 냉각팬, 및 상기 냉각팬으로부터 상기 열교환기로 제공되는 외기에 포함된 이물질에 의해 상기 방열튜브 또는 상기 방열플레이트의 손상을 방지하도록 상기 냉각팬과 마주하는 상기 방열튜브에 지지되면서 상기 복수 개의 방열플레이트와 각각 연속된 복수 개의 방호날개를 포함하는 방호부재를 포함한다.

상기 방호부재는 상기 방열튜브에 겹쳐져 상기 방열튜브에서 상기 냉각팬과 마주하는 부분을 덮어 가리면서 상기 방열튜브를 보호하며, 상기 복수 개의 방호날개가 결합되는 튜브방호부를 포함할 수 있다.

상기 방호부재는 상기 방호날개의 손상 시에 상기 열교환기에서 탈착하여 교체하도록 상기 열교환기에 탈착 가능하게 결합하는 탈착결합부를 포함할 수 있다.

상기 방열튜브는 외기의 저항을 감소시키도록 단면의 형상이 타원형으로 형성될 수 있다.

상기 열교환기에서 발생한 응축수를 받아 저장하는 응축수받이부, 및 상기 급기를 압축하여 상기 열교환기로 제공하는 압축기의 압축효율이 높아지도록 상기 응축수받이부에서 받아지는 응축수를 상기 압축기로 제공하는 압축냉각라인을 포함할 수 있다.

상기 압축기에서 압축된 급기의 일부를 상기 압축기의 둘레에서 분사하는 압력을 제공하도록 상기 압축기와 상기 응축수받이부를 연결하는 압력제공라인을 포함할 수 있다.

상기 열교환기를 중심으로 상기 냉각팬이 위치하는 방향에 대해 반대방향에 위치하여 상기 급기의 흡입되는 압력에 의해 상기 냉각팬에서 상기 열교환기로 제공하는 외기를 강제적으로 흡입하여 신속하게 외기를 순환시키는 외기흡입부를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러를 구비한 발전기용 엔진은 상기한 실시예에 따른 인터쿨러에 바이오가스를 혼합 연소하여 구동하는 엔진본체를 더 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러를 구비한 바이오가스 발전기는 상기한 실시예에 따른 발전기용 엔진에 발전기용 엔진의 구동력에 의해 발전하는 발전장치를 더 포함한다.

본 발명에 따르면, 냉각팬과 마주하는 열교환기의 위치에 열교환기의 방열플레이트를 일부 절단한 형태로 구성된 방호부재를 탈착 가능하게 설치하여 외기에 포함된 이물질로부터 열교환기를 보호하여 열교환기를 전체 교체하지 않고 방호부재만 교체하돌고 함으로써, 유지보수 비용을 절감할 수 있다.

또한, 본 발명은 방호부재의 방호날개가 방열플레이트와 연속성을 가지면서, 열교환튜브에 접촉하여 방호부재도 급기와 열교환하도록 함으로써, 열교환성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 응축수받이부에 저장된 응축수를 압축냉각라인을 통해 급기압축기로 분사함으로써, 급기압축기를 냉각시켜 급기의 압축효율을 높임으로써, 엔진출력을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 급기압축기에서 압축된 급기의 일부를 압력제공라인을 통해 응축수받이부로 제공함으로써, 응축수받이부에 저장된 응축수를 급기압축기로 분사하는 분사압력을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 열교환기를 중심으로 일측에는 냉각팬이 위치하고 타측에는 외기흡입부가 설치되어 냉각팬에서 제공되는 외기를 외기흡입부를 통해 흡입하여 외기가 빠르게 열교환기를 지나도록 함으로써, 열교환성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러를 분해한 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러를 도시한 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러를 도시한 평단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러를 도시한 정단면도이다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러를 도시한 열교환기와 방호부재를 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러를 도시한 열교환기와 방호부재를 도시한 측면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러의 개략적인 압축냉각라인의 작동상태를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러의 배면 사시도로서, 외기흡입부의 작동상태를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러를 구비한 발전기용 엔진을 도시한 개략적인 측면도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러를 구비한 바이오가스 발전기를 도시한 개략적인 측면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 설명하도록 한다.

도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러(100)는 열교환기(110)를 포함할 수 있다.

이 열교환기(110)는 엔진본체(250)로 공급되는 급기와 외기를 열교환하여 급기를 냉각시킬 수 있다.

여기서 엔진본체(250)로 공급되는 급기는 믹서(210)를 통해 공기와 바이오가스를 미리 설정된 비율로 혼합한 형태일 수 있다.

열교환기(110)는 방열튜브(111), 및 방열플레이트(113)를 포함할 수 있다.

방열튜브(111)는 내부가 빈 파이프의 형태로 형성될 수 있으며, 방열튜브(111)는 열전도도가 높은 금속으로 형성될 수 있다.

방열튜브(111)는 복수 개를 미리 설정된 간격으로 이격시켜 M행 x N열(m,n은 0을 제외한 자연수)의 형태로 서로 나란하게 배열될 수 있다.

방열튜브(111)는 외기가 방열튜브(111)를 신속하게 지나면서 열교환할 수 있도록 종단면의 형태가 타원 형태로 형성될 수 있으며, 타원 형태의 방열튜브(111)의 장축이 외기가 유입되는 방향과 나란하도록 배치될 수 있다.

이렇게 방열튜브(111)를 타원형태로 형성하면, 방열튜브(111)를 지나는 외기의 저항성을 감소시켜 신속하게 외기가 열교환기(110)를 지나도록 함으로써, 급기의 냉각성능을 향상시킬 수 있다.

방열튜브(111)의 양단은 고정플레이트(115)에 고정될 수 있으며, 고정플레이트(115)에는 방열튜브(111)를 고정할 수 있도록 복수 개의 튜브공이 관통형성될 수 있다.

방열튜브(111)의 양단에 위치하는 고정플레이트(115)의 사이에는 방열튜브(111)를 지나는 급기의 열을 확산시켜 외기와 열교환하기 위한 판의 형태의 방열플레이트(113)가 복수 개가 방열튜브(111)의 길이방향을 따라 복수 개가 나란하게 배치될 수 있다.

방열플레이트(113)는 열전도성이 높은 금속으로 형성될 수 있으며, 방열플레이트(113)는 열교환성을 향상시키기 위해 박판의 형태로 형성될 수 있다.

방열플레이트(113)에는 복수 개의 방열튜브(111)가 각각 관통하여 설치되는 튜브공이 관통형성될 수 있다.

그리고, 방열플레이트(113)에는 방열플레이트(113)의 사이를 지나는 외기와의 접촉성을 높여 열교환성을 향상시키기 위해 방열플레이트(113)에서 복수 개의 방열돌출부가 절곡형성될 수도 있다.

한편, 열교환기(110)에서 냉각팬(140)와 가장 근접하게 위치하는 근접 행 또는 근접 열에 위치하는 방열튜브(111)는 절반정도가 외부로 노출되어 위치할 수 있다.

예를 들어, 냉각팬(140)와 가장 근접하게 마주하는 방열튜브(111)들은 방열튜브(111)의 반은 방열플레이트(113)의 튜브공에 삽입된 상태로 위치하고 나머지 반은 외부로 노출되도록 튜브공의 M행 또는 N열 중에 냉각팬(140)와 가장 근접하게 위치하는 방열플레이트(113)가 튜브공을 중심으로 절단되어 하기에 설명할 방호부재(120)가 노출된 방열튜브(111)에 결합될 수 있다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러(100)는 엔드커버(130)를 포함할 수 있다.

이 엔드커버(130)는 방열튜브(111)의 양단에 위치하여 복수 개의 방열튜브(111)의 내주로 급기가 공급될 수 있도록 가이드할 수 있다.

엔드커버(130)는 복수 개의 방열튜브(111)를 고정하는 고정플레이트(115)의 외측을 덮는 형태로 형성되고, 엔드커버(130)에는 방열튜브(111)로 급기를 공급하는 급기공급구(131)가 형성되거나, 방열튜브(111)를 지나 냉각된 급기를 모아 엔진본체(250)로 제공하기 위한 급기배기구(133)가 형성될 수 있다.

급기공급구(131)가 형성된 엔드캡커버(130)는 공기압축기 또는 공급팬과 같은 공급수단을 통해 외기가 급기공급구(131)를 통해 도입하고, 도입된 급기를 복수 개의 방열튜브(111)로 분산하여 공급할 수 있다.

급기배기구(133)가 형성된 엔드커버(130)는 복수 개의 방열튜브(111)의 내부를 지나 열교환된 급기를 모아 급기배기구(133)를 통해 엔진본체(250)로 공급할 수 있다.

여기서 방열튜브(111)의 양측에 위치하는 엔드커버(130) 중 어느 하나에는 급기공급구(131)가 형성되고, 다른 하나에는 방열튜브(111)를 거친 급기가 배기되는 급기배기구(133)가 형성되거나, 어느 하나에만 급기공급구(131)와 급기배기구(133)가 구획 형성되어 급기공급구(131)를 통해 공급되는 급기가 방열튜브(111)를 거쳐 다시 다른 하나의 엔드커버(130)를 통해 급기배기구(133)와 연통된 방열튜브(111)를 통해 급기배기구(133)로 순환하여 배출하는 형태로도 구성될 수 있다.

그리고 양측의 엔드커버(130)는 열교환기(110)의 양측에 위치하는 측면커버(135)를 통해 연결될 수 있으며, 측면커버(135)는 열교환기(110)에서 외기가 통과하여 지나지 않는 양측면에 위치하여 엔드커버(130)를 연결할 수 있다.

도 1, 도 2, 및 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러(100)는 냉각팬(140)을 포함할 수 있다.

이 냉각팬(140)은 열교환기(110)를 지나는 급기와 열교환하여 급기를 냉각시키기 위한 외기를 열교환기(110)로 제공할 수 있다.

냉각팬(140)은 나란하게 배치되는 방열플레이트(113)의 사이로 외기를 지나도록 외기를 강제적으로 열교환기(110)로 공급할 수 있다.

냉각팬(140)은 측면커버(135)가 설치되지 않은 열교환기(110)의 일측면으로 열교환기(110)를 향해 강제적으로 송풍하는 형태로 급기와 열교환하기 위한 외기를 공급할 수 있다.

냉각팬(140)은 팬모터에 의해 냉각팬(140)을 회전시켜 열교환기(110)가 위치한 방향으로 송풍하는 형태로 구성될 수 있다.

도 2, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러(100)는 방호부재(120)를 포함할 수 있다.

이 방호부재(120)는 냉각팬(140)과 마주하는 열교환기(110)의 부분이 냉각팬(140)에 의해 공급되는 외기에 포함된 강도 높은 이물질에 의해 열교환기(110)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

방호부재(120)는 열교환기(110)에서 냉각팬(140)과 마주하는 면과 대응되는 크기로 형성되어 냉각팬(140)에 의해 포함된 이물질로부터 열교환기(110)를 보호할 수 있다.

방호부재(120)는 냉각팬(140)에 의해 송풍되는 외기에 의해 이물질이 방열플레이트(113) 또는 방열튜브(111)와 충돌하면서, 방열튜브(111)가 손상되거나, 방열플레이트(113)가 휘어지면서, 외기의 이동공간을 막아 급기늬 냉각성이 하락되는 것을 방지할 수 있다.

방호부재(120)는 열교환기(110)에서 냉각팬(140)과 마주하는 위치에 설치되어 냉각팬(140)에 의해 송풍되는 외기가 열교환기(110)로 진입하기 이전에 방호부재(120)를 거쳐 열교환기(110)로 진입하도록 함으로써, 외기에 포함된 이물질이 방호부재(120)에 부딪혀 열교환기(110)를 대신하여 방호부재(120)가 손상될 수 있다.

또한, 방호부재(120)는 외기에 의해 포함된 이물질이 방호부재(120)에 걸리면서, 방열플레이트(113)의 사이로 진입하는 외기에 저항이 증대되거나, 방호부재(120)가 손상되는 경우, 열교환기(110)에서 교환이 가능하도록 열교환기(110)에서 탈착 가능하게 결합될 수 있다.

방호부재(120)는 열교환기(110)의 방열튜브(111)와 접촉되어 방열튜브(111)를 지나는 급기를 방열하면서, 외기와 열교환하는 기능도 수행할 수 있다.

방호부재(120)는 열교환기(110)에서 방호부재(120)의 손상 또는 이물질의 유입 정도에 따라

방호부재(120)는 방호날개(123)와 튜브방호부(121)를 포함할 수 있다.

방호날개(123)는 열교환기(110)에 형성되는 방열플레이트(113)와 대응되는 간격과 길이로 복수 개가 구비될 수 있으며, 복수 개의 방호날개(123)는 각 방열플레이트(113)와 연속된 면을 이루도록 판의 형태로 형성될 수 있다.

복수 개의 방호날개(123)는 튜브방호부(121)에 연결될 수 있다.

튜브방호부(121)는 냉각팬(140)과 근접하게 마주하는 위치에서 열교환기(110)에서 일부 노출되는 방열튜브(111)의 부분을 덮어 가려 방열튜브(111)로부터 열을 전달받으면서, 방열튜브(111)를 외기에 포함된 이물질에 의해 오염되거나, 충격에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.

튜브방호부(121)는 열교환기(110)에서 노출되는 방열튜브(111)마다 덮어 가리도록 복수 개가 이격되어 배치될 수 있으며, 튜브방호부(121)는 튜브방호부(121)에 교차되는 복수 개의 방호날개(123)를 고정하는 기능을 수행할 수도 있다.

튜브방호부(121)는 접촉되는 방열튜브(111)의 열을 전달 받아 방호날개(123)를 통해 방열할 수 있도록 열전도성 금속으로 형성될 수 있다.

방호부재(120)는 열교환기(110)에서 교체가 가능하도록 탈착 가능하도록 탈착결합부(125)에 의해 결합될 수 있다.

예를 들어, 탈착결합부(125)는 실시예에서와 같이, 방열튜브(111)에 접촉되는 튜브방호부(121)에 탈착클립을 부착하여 의해 탈착 가능하게 결합하거나, 밴드클램프에 의해 방열튜브(111)에 결합되거나, 자력체로 구현되어 자력에 의해 방열튜브(111)에 부착하는 형태로 구성될 수도 있다.

도 1 내지 3 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러(100)는 응축수받이부(150), 압축냉각라인(155), 및 압력제공라인(157)을 포함할 수 있다.

응축수받이부(150)는 열교환기(110)의 하부에 위치할 수 있으며, 응축수받이부(150)는 열교환기(110)에서 온도차에 의해 발생하는 응축수를 받아 모을 수 있다.

응축수받이부(150)는 응축수탱크(151)를 포함하여 응축수받이부(150)에서 모인 응축수를 받아 저장할 수 있다.

응축수받이부(150)에는 응축수받이부(150)에 모인 응축수를 응축수탱크(151)로 공급하기 위한 응축수공(153)이 형성될 수 있으며, 응축수공(153)에는 응축수공(153)을 개폐하는 응축수밸브(154)가 설치될 수 있다.

응축수밸브(154)는 전자적인 밸브로 구현되어 응축수받이부(150)에 일정 수위에 응축수가 모인 경우, 응축수공(153)을 개방하고, 일정 수위 미만인 경우, 응축수공(153)을 폐쇄하거나, 미리 설정된 시간 마다 응축수공(153)을 미리 설정된 시간동안 개방한 후 폐쇄할 수도 있다.

압축냉각라인(155)은 유체가 이동하는 호스 또는 관으로 구현되어 엔진본체(250)에 급기를 압축하여 제공하는 급기압축기(230)로 응축수탱크(151)에 저장된 응축수를 제공할 수 있다.

압축냉각라인(155)을 통해 급기압축기(230)로 제공되는 응축수는 급기압축기(230)의 둘레에서 분사하는 형태로 급기압축기(230)의 하우징을 냉각하는 형태로 급기압축기(230)를 냉각시켜 급기압축기(230)에서 급기를 압축할 때 발생하는 열을 냉각시킴으로써, 압축효율을 향상시킬 수 있다.

여기서, 급기압축기(230)는 일측으로는 급기를 압축하고, 타측으로는 엔진본체(250)의 배기를 강제적으로 배출하는 기능을 수행하기 때문에 급기와 인접하게 위치하는 배기온도로 인해 급기압축기(230)의 온도가 높아 압축효율이 낮아지는 문제점이 있다.

이에 따라 본 발명에서는 급기압축기(230)의 하우징으로 응축수를 분사함으로써, 급기압축기(230)의 전체적인 온도를 낮춰 급기의 압축률을 증대시킴에 따라 엔진본체(250)의 출력을 향상시켜 발전효율을 향상시킬 수 있다.

급기압축기(230)에 위치하는 압축냉각라인(155)에는 급기압축기(230)의 둘레로 응축수를 분사하는 분사노즐(155a)이 설치될 수 있다.

한편, 압력제공라인(157)은 응축수탱크(151)에 저장된 응축수를 급기압축기(230)로 분사하는 압력을 제공할 수 있다.

압력제공라인(157)은 유체가 이동하는 관 또는 호스로 구현되어 급기압축기(230)에서 압축된 급기의 일부를 응축수탱크(151)로 제공하여 응축수탱크(151)에 저장된 응축수를 강제적으로 압축냉각라인(155)을 통해 배수하는 형태로 급기압축기(230)로의 응축수를 분사하는 분사압을 제공할 수 있다.

도 4 및 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러(100)는 외기흡입부(160)를 포함할 수 있다.

이 외기흡입부(160)는 냉각팬(140)에 의해 열교환기(110)를 지나는 외기를 신속하게 지나면서 열교환할 수 있도록 냉각팬(140)에서 공급되기 외기를 냉각팬(140)과 반대방향의 위치에서 흡입할 수 있다.

외기흡입부(160)는 복수 개의 흡입파이프를 열교환기(110)의 높이방향 또는 폭방향으로 복수 개를 연결하고, 각 흡입파이프에는 외기흡입공(161)을 형성하여 열교환기(110)를 사이에 두고 냉각팬(140)과 마주하도록 설치하여 외기흡입공(161)을 통해 열교환기(110)를 지난 외기를 강제적으로 흡입할 수 있다.

즉, 외기흡입부(160)는 상대적으로 간격이 좁은 방열플레이트(113)의 사이를 외기가 지날 때 저항이 증대되면서, 신속하게 배출되지 않아 열교환성이 하락될 수 있기 때문에 외기흡입부(160)에서 강제적으로 냉각팬(140)에서 공급되는 외기를 흡입함으로써, 신속하게 외기를 순환시켜 열교환기(110)의 열교환성능을 향상시킬 수 있다.

외기흡입부(160)는 외기흡입라인(163)에 의해 급기와 바이오가스를 혼합하는 믹서(210)와 연결되어 급기압축기(230)에서 작용하는 급기의 흡입력에 의해 외기를 흡입하여 급기공급구(131)로 제공할 수 있다.

외기흡입라인(163)은 유체를 이송하는 파이프 또는 호스로 구현될 수 있다.

이하, 각 구성 간의 작용과 효과를 설명하도록 한다.

본 발명의 실시예에 따른 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러(100)는 급기를 열교환하는 열교환기(110)가 설치되며, 열교환기(110)는 급기가 지나는 복수 개의 방열튜브(111)가 격자형태로 배열되고, 복수 개의 방열튜브(111)의 양측에는 복수 개의 방열튜브(111)를 고정하기 위한 고정플레이트(115)가 설치된다.

그리고, 방열튜브(111)의 양측에 위치하는 고정플레이트(115)의 사이에는 복수 개의 방열튜브(111)에 대해 직교되는 방향으로 복수 개의 방열플레이트(113)가 이격되어 설치된다.

열교환기(110)에서 냉각팬(140)과 마주하는 위치에는 방호부재(120)가 설치되며, 방호부재(120)는 탈착 열교환기(110)에서 탈착하여 교환할 수 있도록 설치된다.

방호부재(120)는 방열플레이트(113)와 대응되는 위치에 각 방열플레이트(113)와 연속되도록 방호날개(123)가 배치되며, 복수 개의 방호날개(123)는 외부로 노출되는 방열튜브(111)를 보호함과 동시에 방열튜브(111)의 열을 전달받도록 접속되는 튜브방호부(121)에 의해 연결된다.

튜부방호부에는 방호부재(120)를 열교환기(110)의 방열튜브(111)에 탈착 가능하게 끼울 수 있는 탈착결합부(125)가 구비되며, 탈착클립은 방호부재(120)의 가장 외측 모서리 부분에 위치하는 튜브방호부(121)마다 구비된다.

열교환기(110)에서 방열튜브(111)의 양측에 위치하는 고정플레이트(115)의 외측에는 엔드커버(130)로 덮히고, 방열튜브(111)의 일단에 위치하는 엔드커버(130)에는 급기가 공급되는 급기공급구(131)가 형성되며, 방열튜브(111)의 타단에 위치하는 엔드커버(130)에는 열교환기(110)를 거쳐 냉각된 급기가 배기되는 급기배기구(133)가 형성된다.

그리고, 양측의 엔드커버(130)의 사이에는 열교환기(110)를 외기가 강제적으로 지나면서, 급기와 열교환하도록 강제적으로 외기를 열교환기(110)로 제공하는 냉각팬(140)이 설치되며, 열교환기(110)의 하부에는 열교환기(110)에서 열교환 시 발생하는 응축수를 받는 응축수받이부(150)가 위치한다.

응축수받이부(150)의 하부에는 응축수받이부(150)에 모인 응축수를 저장하는 응축수탱크(151)가 설치되며, 응축수탱크(151)는 압축냉각라인(155)을 통해 급기를 압축하여 급기공급구(131)로 제공하는 급기압축기(230)로 연장되어 배치된다.

압축냉각라인(155)의 끝단에는 응축수를 급기압축기(230)로 분사하여 급기압축기(230)를 냉각하기 위한 분사노즐(155a)이 설치될 수 있으며, 응축수탱크(151)에는 응축수탱크(151)에 저장된 응축수를 압축냉각라인(155)을 통해 분사하는 압력을 제공하기 위한 압력제공라인(157)이 설치된다.

압력제공라인(157)은 급기압축기(230)를 통해 압축된 급기의 일부를 응축수탱크(151)로 제공하도록 급기압축기(230)와 응축수탱크(151)를 연결한다.

한편, 열교환기(110)를 중심으로 냉각팬(140)이 위치하는 방향에 대해 반대방향의 위치에는 신속하게 외기가 열교환기(110)를 지나도록 냉각팬(140)에서 공급되는 외기를 흡입하는 외기흡입부(160)가 구성될 수 있다.

외기흡입부(160)는 복수 개의 외기흡입공(161)이 형성된 흡입파이프를 외기흡입라인(163)에 의해 바이오가스와 혼합하는 믹서(210)에 연결하여 급기압축기(230)에서 흡입되는 급기의 압력에 의해 급기압축기(230)르 통해 급기공급구(131)로 공급될 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러(100)는 엔진본체(250)를 동작하면, 엔진본체(250)와 함께 급기압축기(230)가 동작하여 급기압축기(230)로 급기가 흡입되면서 압축되고, 압축된 급기는 급기공급구(131)로 도입되어 방열튜브(111)를 지난다.

방열튜브(111)를 급기가 지날 때에는 냉각팬(140)이 작동하여 외기를 강제적으로 방열플레이트(113)의 사이로 지나도록 함으로써, 급기와 외기가 열교환한다.

이때, 냉각팬(140)에서 강제적으로 열교환기(110)로 도입되는 외기에 이물질이 포함되는 경우, 열교환기(110)의 방열플레이트(113)에 충돌하지 않고, 방호부재(120)에 충돌하거나 쌓여 방호부재(120)의 방호날개(123)가 손상된다.

방호날개(123)가 손상되거나, 이물질이 고착되면, 냉각팬(140)에 의해 열교환기(110)로 공급되는 외기가 제약이 발생하면서, 열교환기(110)의 열교환성이 하락되는 데, 방호부재(120)에 의해 열교환기(110)의 열교환성이 하락되는 경우, 방호부재(120)를 열교환기(110)에서 분리한 후 새로운 방호부재(120)를 열교환기(110)에 설치하는 형태로 유지보수 함으로써, 열교환기(110)의 손상을 방지하여 열교환기(110)를 전체 교체하지 않아도 되기 때문에, 유지보수비용을 절감할 수 있다.

한편, 열교환기(110)를 지난 급기는 외기와 열교환하면서, 온도가 낮아지고, 온도가 낮아진 급기는 급기배기구(133)로 배출되면서, 엔진본체(250)의 급기구로 도입되어 엔진본체(250)에서 연료가 점화되어 폭발하는 형태로 엔진본체(250)가 구동한다.

그리고 엔진본체(250)의 급기구로 도입되는 급기에는 믹서(210)를 통해 바이오가스가 혼합되어 공급되며, 엔진본체(250)로 공급되는 급기는 급기압축기(230)를 통해 압축되고, 온도가 낮아져 엔진본체(250)로 과공급되면서, 폭발온도를 상승시켜 NOx와 같은 유해물질의 발생을 최소화하여 환경오염을 방지할 수 있다.

엔진본체(250)에 구동하면서 발생하는 배기는 급기압축기(230)를 통해 외부로 방출되거나, 급기압축기(230)를 통하지 않고 바로 배기될 수도 있다.

그리고, 열교환기(110)에서 응축수가 발생하는 경우, 열교환기(110)의 하부로 응축수가 흐르면서, 응축수받이부(150)를 통해 응축수탱크(151)로 저장되고, 응축수탱크(151)에 저장된 응축수는 압력제공라인(157)을 통해 급기압축기(230)에서 압축된 급기의 일부가 응축수탱크(151)로 공급되면서, 압축된 급기의 압력에 의해 압축냉각라인(155)으로 배출되면서, 압축냉각라인(155)에 설치된 분사노즐(155a)을 통해 급기압축기(230)의 둘레에서 분사되어 급기압축기(230)를 냉각한다.

여기서, 급기압축기(230)는 급기를 압축할 때, 높은 열이 발생하기 때문에 압축효율이 하락될 수 있기 때문에 응축수를 급기압축기(230)로 분사하여 급기압축기(230)의 온도를 낮춤으로서, 급기의 압축효율을 향상시킴에 따라 엔진본체(250)로 공급되는 급기를 과급기하여 폭발력을 향상시킬 수 있기 때문에 NOx의 발생을 최소화할 수 있다.

그리고 냉각팬(140)에 의해 열교환기(110)로 외기를 공급할 때에는 열교환기(110)를 중심으로 냉각팬(140)이 위치하는 방향에 대해 반대방향에는 외기를 흡입하는 외기흡입부(160)가 구성되어 냉각팬(140)에서 열교환기(110)로 공급되는 외기를 흡입하여 외기가 열교환기(110)를 신속하게 지나도록 함으로써, 급기의 냉각성을 향상시킬 수 있다.

외기흡입부(160)는 믹서(210)에서 급기가 유입되는 부분으로 외기흡입부(160)를 외기흡입라인(163)에 의해 서로 연결함으로써, 급기압축기(230)로 흡입되는 흡입력과 엔진본체(250)에서 작용하는 급기의 흡입력에 의해 바이오가스를 혼합하여 공급할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러(100)는 냉각팬(140)과 열교환기(110)의 사이에 이물질로부터 열교환기(110)를 보호하는 방호부재(120)를 탈착 가능하게 설치하여 열교환기(110)를 이물질로부터 보호하여 열교환기(110)의 손상으로 인한 유지보수비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 방호부재(120)가 방열튜브(111)에 접촉하여 열교환하는 기능을 수행하기 때문에 열교환성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 방열튜브(111)의 단면을 타원형태로 형성하여 외기가 열교환기(110)를 신속하게 지나면서 열교환함으로써, 인터쿨러(100)의 성능을 향상시켜 나아가서는 엔진본체(250)에서의 폭발력을 증대시켜 엔진본체(250)의 출력증대 및 NOx의 발생을 감소시켜 환경오염을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 응축수받이부(150)에 모인 응축수를 압축냉각라인(155)을 통해 급기압축기(230)로 제공함으로써, 급기압축기(230)를 냉각시켜 급기압축기(230)의 압축효율을 향상시켜 인터쿨러(100)의 성능을 향상시키고, 나아가서는 엔진본체(250)에서 폭발력을 증대시켜 엔진본체(250)의 출력증대 및 NOx의 발생을 감소시켜 환경오염을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 급기압축기(230)의 압축된 급기를 응축수받이부(150)로 공급하여 저장된 응축수를 급기압축기(230)로 분사하는 분사력을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 열교환기(110)에서 냉각팬(140)의 반대방향의 위치에 외기를 흡입하는 외기흡입부(160)를 설치하여 냉각팬(140)에서 열교환기(110)로 제공되는 외기를 신속하게 배기함으로써, 열교환기(110)의 열교환성을 향상시켜 인터쿨러(100)의 성능을 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러(100)를 구비한 발전기용 엔진(200)을 설명한다.

도 10에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러(100)를 구비한 발전기용 엔진(200)은 상기한 실시예에 따른 인터쿨러(100)에 엔진본체(250)를 더 포함할 수 있다.

엔진본체(250)는 연료를 연소하여 구동하는 내연기관일 수 있으며, 엔진본체(250)은 바이오가스를 혼합하여 사용하는 바이오 디젤 엔진본체(250)로 구현될 수 있다.

엔진본체(250)는 외부의 공기가 급기되는 급기구와 연소된 가스를 배기하는 배기구가 형성될 수 있으며, 급기구에 상기한 실시예의 인터쿨러(100)가 설치될 수 있으며, 인터쿨러(100)는 급기압축기(230)와 연결될 수 있다.

그리고, 급기압축기(230)는 믹서(210)와 연결되어 믹서(210)를 통해 바이오가스와 공기를 미리 설정된 비율로 혼합한 후 급기압축기(230)를 통해 바이오가스가 혼합된 공기를 압축시켜 인터쿨러(100)로 제공할 수 있다.

여기서, 급기압축기(230)는 터빈의 형태, 또는 압축기와 같은 형태일 수 있으며, 믹서(210)에는 외기흡입부(160)와 외기흡입라인(163)에 의해 서로 연결되어 외부의 급기와 함께 외기가 혼합되면서, 급기압축기(230)로 공급될 수 있다.

이와 같이 구성된 실시예에 따른 발전기용 엔진(200)은 믹서(210)를 통해 급기에 미리 설정된 비율로 바이오가스를 혼합하여 혼합급기를 제조하고, 혼합급기는 급기압축기(230)에서 혼합급기를 압축시켜 인터쿨러(100)로 공급한 뒤 인터쿨러(100)에서 압축된 혼합급기의 온도를 낮춰 엔진본체(250)의 급기구로 제공함으로써, 인터쿨러(100)에 의해 엔진본체(250)로 과급기하는 형태로 연료의 폭발력을 향상시키는 형태로 연료의 연소온도를 높여 NOx의 발생을 최소화하여 환경오염의 발생을 방지할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러(100)를 구비한 바이오가스 발전기(300)를 설명한다.

도 11에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러(100)를 구비한 바이오가스 발전기(300)는 상기한 실시예의 인터쿨러(100)와 실시예의 발전기용 엔진(200)에 더해 발전장치(310)를 더 포함할 수 있다.

발전장치(310)는 실시예의 발전기용 엔진(200)에 의해 구동하여 전력을 생산할 수 있다. 발전장치(310)는 발전기용 엔진(200)이 연료를 연소하며 발생하는 구동력에 의해 구동축을 회전시켜 전자기유도를 통해 발전할 수 있다.

발전장치(310)는 공지된 구성이므로 상세한 설명은 생략한다.

이와 같이 구성된 실시예에 따른 바이오가스 발전기(300)는 믹서(210)를 통해 외기에 미리 설정된 비율로 바이오가스를 혼합하여 급기를 제조하고, 제조된 급기는 급기압축기(230)에서 급기를 압축시켜 인터쿨러(100)로 공급한 뒤 인터쿨러(100)에서 압축된 급기의 온도를 낮춰 엔진본체(250)의 급기구로 제공한다.

그리고 엔진본체(250)에서는 급기와 연료를 혼합하여 연소하여 구동력을 발생하고, 발생하는 구동력에 의해 발전장치(310)의 구동축이 회전하면서 발전한다.

따라서, 실시예의 바이오가스 발전기(300)는 엔진본체(250)로 인터쿨러(100)에 의해 과급기하는 형태로 연료의 폭발력을 향상시켜 NOx의 발생에 따른 환경오염을 방지하고 구동력을 향상시켜 발전성능을 향상시킬 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.

100: 인터쿨러 110: 열교환기
111: 방열튜브 113: 방열플레이트
115: 고정플레이트 120: 방호부재
121: 튜브방호부 123: 방호날개
125: 탈착결합부 130: 엔드커버
131: 급기공급구 133: 급기배기구
135: 측면커버 140: 냉각팬
150: 응축수받이부 151: 응축수탱크
153: 응축수공 154: 응축수밸브
155: 압축냉각라인 155a: 분사노즐
157: 압력제공라인 160: 외기흡입부
161: 외기흡입공 163: 외기흡입라인
200: 발전기용 엔진 210: 믹서
230: 급기압축기 250: 엔진본체
300: 바이오가스 발전기 310: 발전장치

Claims (21)

1. 엔진본체로 공급되는 급기가 지나는 복수 개의 방열튜브와 상기 복수 개의 방열튜브를 지지하면서 상기 방열튜브의 열을 확산시켜 열교환하는 방열플레이트를 포함하는 열교환기,
   상기 방열플레이트의 사이로 상기 열교환기와 열교환하는 외기를 강제적으로 송풍하는 냉각팬, 및
   상기 냉각팬으로부터 상기 열교환기로 제공되는 외기에 포함된 이물질에 의해 상기 방열튜브 또는 상기 방열플레이트의 손상을 방지하도록 상기 냉각팬과 마주하는 상기 방열튜브에 지지되면서 상기 복수 개의 방열플레이트와 각각 연속된 복수 개의 방호날개를 포함하는 방호부재를 포함하고,
   상기 열교환기를 중심으로 상기 냉각팬이 위치하는 방향에 대해 반대방향에 위치하여 상기 급기의 흡입되는 압력에 의해 상기 냉각팬에서 상기 열교환기로 제공하는 외기를 강제적으로 흡입하여 신속하게 외기를 순환시키는 외기흡입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러.
2. 제1항에 있어서,
   상기 방호부재는
   상기 방열튜브에 겹쳐져 상기 방열튜브에서 상기 냉각팬과 마주하는 부분을 덮어 가리면서 상기 방열튜브를 보호하며, 상기 복수 개의 방호날개가 결합되는 튜브방호부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러.
3. 제1항에 있어서,
   상기 방호부재는
   상기 방호날개의 손상 시에 상기 열교환기에서 탈착하여 교체하도록 상기 열교환기에 탈착 가능하게 결합하는 탈착결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러.
4. 제1항에 있어서,
   상기 방열튜브는
   외기의 저항을 감소시키도록 단면의 형상이 타원형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러.
5. 제1항에 있어서,
   상기 열교환기에서 발생한 응축수를 받아 저장하는 응축수받이부, 및
   상기 급기를 압축하여 상기 열교환기로 제공하는 압축기의 압축효율이 높아지도록 상기 응축수받이부에서 받아지는 응축수를 상기 압축기로 제공하는 압축냉각라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러.
6. 제5항에 있어서,
   상기 압축기에서 압축된 급기의 일부를 상기 압축기의 둘레에서 분사하는 압력을 제공하도록 상기 압축기와 상기 응축수받이부를 연결하는 압력제공라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기저항성을 감소시켜 효율을 향상시킨 인터쿨러.
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