KR20060063884A

KR20060063884A - Ｅｇｒ 쿨러

Info

Publication number: KR20060063884A
Application number: KR1020067000849A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 스기하라; 마코토 츠지타; 요지 야마시타
Original assignee: 히노 지도샤 가부시키가이샤; 산쿄 레디에이터 가부시키 가이샤
Priority date: 2003-07-16
Filing date: 2004-07-12
Publication date: 2006-06-12
Also published as: US20060231243A1; CN1823221A; EP1683956A1; WO2005008054A1; JP2005036739A

Abstract

본 발명은 냉각수의 고임에 기인한 튜브의 열 변형을 초래하거나 냉각수계의 배관의 복잡화나 압력 손실의 증대를 초래하거나 하지 않고, 튜브의 진동의 문제를 해결할 수 있도록 한 EGR 쿨러를 제공한다. 튜브(3)와 상기 튜브(3)를 포위하는 셸(1)을 구비하고, 상기 셸(1)의 내부에 냉각수를 급배하고 또한 상기 튜브(3) 내에 배기가스를 통하여 상기 배기가스와 상기 냉각수를 열 교환하도록 한 EGR 쿨러에 관한 것으로, 상기 셸(1) 내에 복수의 관통 구멍(14)을 구비한 중간 지지판(13)을 배치하고, 또 서로 인접하는 튜브(3)의 복수개를 같은 관통 구멍(14)에 정리하여 관통 고정하고, 상기 중간 지지판(13)의 같은 관통 구멍(14)에 고정된 각 튜브(3)의 상호간에 냉각수가 자유롭게 유통할 수 있도록 냉각수 통로(15)를 확보한다.

튜브, 냉각수 통로, 셸, 공급 챔버, 관통 구멍

Description

ＥＧＲ 쿨러{ＥＧＲ COOLER}

본 발명은, 엔진의 배기가스를 재순환하여 질소산화물의 발생을 저감시키는 EGR 장치에 부속되어 재순환용 배기가스를 냉각하는 EGR 쿨러에 관한 것이다.

종래부터 자동차 등의 엔진의 배기가스의 일부를 엔진에 재순환하여 질소산화물의 발생을 저감시키는 EGR 장치가 알려져 있지만, 이러한 EGR 장치에서는, 엔진에 재순환하는 배기가스를 냉각하면, 상기 배기가스의 온도가 내려가고 또한 그 용적이 작아짐으로써, 엔진의 출력을 그다지 저하시키지 않고 연소온도를 저하시켜 효과적으로 질소산화물의 발생을 저감시킬 수 있기 때문에, 엔진에 배기가스를 재순환하는 라인의 도중에, 배기가스를 냉각하는 EGR 쿨러를 장비한 것이 있다.

도 1은 상기 EGR 쿨러의 일례를 도시하는 단면도이며, 도면 중 부호 1은 원통형으로 형성된 셸(shell)을 도시하고, 상기 셸(1)의 축심방향 양단에는, 셸(1)의 끝면을 폐색하도록 플레이트(2)가 고착되어 있고, 상기 각 플레이트(2)에는, 다수의 튜브(3)의 양단이 관통상태로 고착되어 있으며, 이들 다수의 튜브(3)는 셸(1)의 내부를 축심방향으로 연장되어 있다.

그리고, 셸(1)의 한쪽의 단부 근방에는 냉각수 입구관(4)이 장착되고, 셸(1)의 다른쪽의 단부 근방에는 냉각수 출구관(5)이 장착되어 있고, 냉각수(9)가 냉각수 입구관(4)으로부터 셸(1)의 내부에 공급되어 튜브(3)의 외측을 흘러, 냉각수 출구관(5)으로부터 셸(1)의 외부로 배출되도록 되어 있다.

또, 각 플레이트(2)의 셸(1)로부터 이격된 측 상에는, 주발형으로 형성된 본네트(hood;6)가 상기 각 플레이트(2)의 끝면을 덮도록 고착되고, 한쪽의 본네트(6)의 중앙에는 배기가스 입구(7)가, 다른쪽의 본네트(6)의 중앙에는 배기가스 출구(8)가 각각 설치되고 있고, 엔진의 배기가스(10)가 배기가스 입구(7)로부터 한쪽의 본네트(6)의 내부로 들어가, 다수의 튜브(3)를 지나는 동안에 상기 튜브(3)의 외측을 흐르는 냉각수(9)와의 열 교환에 의해 냉각된 후에, 다른쪽의 본네트(6)의 내부에 배출되어 배기가스 출구(8)로부터 엔진에 재순환하도록 되어 있다.

또, 도면 중 부호 5a는 냉각수 입구관(4)에 대하여 셸(1)의 직경방향에 대치하는 위치에 설치한 바이패스 출구관을 도시하고, 상기 바이패스 출구관(5a)으로부터 냉각수(9)의 일부를 빼냄으로써, 냉각수 입구관(4)에 대치하는 개소에 냉각수(9)의 고임이 생기지 않도록 하고 있다.

그런데, 이러한 종래의 EGR 쿨러에 있어서는, 각 튜브(3)가 양단만을 플레이트(2)로 지지된 구조로 되어 있었기 때문에, 배기가스(10)의 냉각 효과를 높이기 위해서 튜브(3)를 길게 한 경우에, 상기 튜브(3)의 고유 진동수가 낮아져 엔진측의 가진(加振) 주파수와 일치하기 쉬워지고, 엔진측의 가진에 의해 공진이 일어나 튜브(3)에 큰 진동이 생길 우려가 있었다.

그리고, 튜브(3)가 공진에 의해 크게 진동하여 버리는 경우에는, 각 튜브(3)의 양단의 고정부분 등에 피로 파괴가 일어나기 쉬워지고, 내구성이 현저하게 손상되어 버리는 결과가 될지도 모른다.

이러한 튜브(3)의 진동의 문제를 해결하는 수단으로서는, 예를 들면, 도 2에 도시하는 바와 같이, 각 튜브(3)의 상반과 하반분을 두개의 반원판(semicircular disc;11)에 의해 도중에서 지지하도록 한 구조를 채용하여, 상기 각 반원판(11)에 의해 지지된 개소를 진동 지점으로 하는 것으로 각 튜브(3)가 자유롭게 진동할 수 있는 구간을 길이방향으로 구분하여 각각의 고유 진동수를 높이며, 엔진측의 가진에 의한 공진현상이 일어나기 어려워지도록 하는 것을 고려할 수 있다.

또한, 이 이외에도, 도 3에 도시하는 바와 같이, 전체 튜브(3)를 관통 고정하는 원형의 경계판(12)을 셸(1)의 축 길이방향 중간부에 고정하여, 각 튜브(3)가 자유롭게 진동할 수 있는 구간을 길이방향으로 구분하여 각각의 튜브(3)의 고유 진동수를 높이는 것을 고려할 수 있지만, 이와 같이 하는 경우에는, 셸(1) 내의 공간이 경계판(12)에 의해서 구분되기 때문에, 분할된 각각의 공간에 대하여 냉각수 입구관(4) 및 냉각수 출구관(5)을 개별로 장비할 필요가 있다.

또, 같은 튜브(3)의 진동의 문제를 해결하기 위한 선행기술문헌으로서는, 본 발명과 같은 출원인에 의해 하기의 특허문헌1이 이미 선행출원되어 있다.

특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 2002-327654호

발명이 해결하고자 하는 과제

그렇지만, 도 2의 EGR 쿨러를 채용한 경우에는, 각 반원판(11)의 설치에 의해 냉각수(9)의 흐름이 나빠져, 도 2 중에 x로 도시하는 바와 같은 개소에서 냉각수(9)의 고임이 생기기 쉬워지고, 이 냉각수(9)의 고임이 생긴 개소에서 열 교환 효율이 나빠져 튜브(3)가 국부적으로 고온화되고, 이 부분에 열 변형이 일어날 우려가 생긴다고 하는 문제가 있고, 한편, 도 3의 EGR 쿨러를 채용한 경우에는, 냉각수계의 배관이 복잡해지며 또, 압력 손실이 증대하여 냉각수(9)가 흐르기 어렵게 된다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은, 상술한 실정을 감안하여 이루어진 것으로, 냉각수의 고임에 기인한 튜브의 열 변형을 초래하거나, 냉각수계의 배관의 복잡화나 압력 손실의 증대를 초래하거나 하지 않고, 튜브의 진동의 문제를 해결할 수 있도록 한 EGR 쿨러를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명은, 튜브와 상기 튜브를 포위하는 셸을 구비하고, 상기 셸의 내부에 냉각수를 급배하고 또한 상기 튜브 내에 배기가스를 통과시켜 상기 배기가스와 상기 냉각수를 열 교환하도록 한 EGR 쿨러이며, 상기 셸 내에 복수의 관통 구멍을 구비한 중간 지지판을 배치하고 또한 서로 인접하는 튜브의 복수개를 같은 관통 구멍에 정리하여 관통 고정하고, 상기 중간 지지판의 같은 관통 구멍에 고정된 각 튜브의 상호간에 냉각수가 자유롭게 유통할 수 있도록 냉각수 통로를 확보한 것을 특징으로 하는 것이다.

따라서, 이와 같이 하면, 각 튜브의 길이방향 중도 위치가 중간 지지판에 의해 지지되게 되기 때문에, 이 중간 지지판에 의해 지지된 개소가 진동 지점이 되어 튜브의 고유 진동수가 높여지고, 상기 튜브가 엔진측의 가진에 의해 공진하여 크게 진동하여 버리는 현상이 일어나지 않게 되어, 각 튜브의 양단의 고정부분 등에 있어서의 피로 파괴가 현저하게 억제되게 된다.

또, 중간 지지판의 같은 관통 구멍에 고정된 각 튜브의 상호간에 확보한 냉각수 통로를 통과하여 냉각수가 자유롭게 유통하도록 하고 있기 때문에, 종래의 반원판을 설치한 경우의 같은 냉각수의 흐름의 악화가 방지되고, 이것에 의해 냉각수의 고임이 생기기 어렵게 되어 열 교환 효율의 저하나 튜브의 열 변형이 미연에 회피된다.

또, 종래의 경계판에 의해 셸 내를 분할한 경우의 같은 냉각수계의 복잡화를 초래하지 않아도 되고, 이것에 의해 압력 손실의 증대도 회피되기 때문에, 냉각수의 흐름의 악화가 미연에 방지된다.

발명의 효과

본 발명의 EGR 쿨러에 의하면, 냉각수의 고임에 기인한 튜브의 열 변형을 초래하거나, 냉각수계의 배관의 복잡화나 압력 손실의 증대를 초래하거나 하지 않고, 튜브의 진동의 문제를 해결할 수 있기 때문에, 튜브의 연장화를 지장없이 실현할 수 있어 배기가스의 냉각 효과를 높일 수 있고, 더구나, 각 튜브의 양단의 고정부분 등에 있어서의 피로 파괴를 억제할 수도 있어 내구성의 대폭적인 향상을 도모할 수 있다고 하는 우수한 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 종래의 EGR 쿨러의 일례를 도시하는 단면도이다.

도 2는 종래의 EGR 쿨러의 다른 예를 도시하는 단면도이다.

도 3은 종래의 EGR 쿨러의 더욱 다른 예를 도시하는 단면도이다.

도 4는 본 발명의 1실시예를 도시하는 단면도이다.

도 5는 도 4의 V-V 방향에서 본 단면도이다.

도 6은 발명의 다른 실시예를 도시하는 단면도이다.

도 7은 본 발명의 더욱 다른 실시예를 도시하는 단면도이다.

도 8은 본 발명의 더욱 다른 실시예를 도시하는 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 *

1 : 셸

2 : 플레이트

3 : 튜브

9 : 냉각수

10 : 배기가스

13 : 중간 지지판

14 : 관통 구멍

15 : 냉각수 통로

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 기초하여 설명한다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 1실시예를 도시하는 것으로, 도 1 내지 도 3과 동일부분에 관해서는 동일부호를 붙이고 있다.

본 실시예의 EGR 쿨러에 있어서는, 셸(1) 내에서의 길이방향 중간 위치에 원형의 중간 지지판(13)이 배치되어 있고, 셸(1)의 축심을 중심으로 하여 동심의 다중 원통형으로 배열되어 있는 각 튜브(3)가 상기 중간 지지판(13)에 관통 고정되도록 되어 있다.

여기에서, 상기 중간 지지판(13)에는, 각 튜브(3)를 관통 고정하기 위한 관통 구멍(14)이 복수 개소에 형성되어 있지만, 상기 각 관통 구멍(14)은, 원주방향에 인접하는 2개의 튜브(3)를 정리하여 관통 고정할 수 있도록 고치형(cocoon-shaped)의 긴 구멍을 이루고 있고, 같은 관통 구멍(14)에 고정된 각 튜브(3)의 상호간에는, 냉각수(9)가 자유롭게 유통할 수 있도록 냉각수 통로(15)가 확보되어 있다.

또한, 상기 각 냉각수 통로(15)는, 그 총 유로 단면적이 냉각수 입구관(4)이나 냉각수 출구관(5)에 있어서의 유로 단면적의 약 2 내지 5배 정도가 되도록 하는 것이 바람직하고, 이와 같이 하면, 냉각수(9)측의 압력 손실을 대략 동등하거나 수% 정도의 상승으로 억제하는 것이 가능하다.

또, 여기에 개시한 예에서는, 셸(1) 내에서의 길이방향 중간 위치에 중간 지지판(13)을 한 장만 배치한 경우를 개시하였지만, 상기 셸(1)의 길이에 따라서 복수 장의 중간 지지판(13)을 적당한 간격으로 배치하도록 하여도 좋은 것은 물론이 다.

따라서, 이와 같이 EGR 쿨러를 구성하면, 각 튜브(3)의 길이방향 중도 위치가 중간 지지판(13)에 의해 지지되게 되기 때문에, 이 중간 지지판(13)에 의해 지지된 개소가 진동 지점이 되어 튜브(3)의 고유 진동수가 높여지고, 상기 튜브(3)가 엔진측의 가진에 의해 공진하여 크게 진동하여 버리는 현상이 일어나지 않게 되어, 각 튜브(3)의 양단의 고정부분 등에 있어서의 피로 파괴가 현저하게 억제되게 된다.

또한, 중간 지지판(13)과 같은 관통 구멍(14)에 고정된 각 튜브(3)의 상호간에 확보한 냉각수 통로(15)를 통과하여 냉각수(9)가 자유롭게 유통하도록 하고 있기 때문에, 종래의 반원판을 설치한 경우의 같은 냉각수(9)의 흐름의 악화가 방지되고, 이것에 의해 냉각수(9)의 고임이 생기기 어렵게 되어 열 교환 효율의 저하나 튜브(3)의 열 변형이 미연에 회피된다.

또, 종래의 경계판에 의해 셸(1) 내를 분할한 경우와 같은 냉각수계의 복잡화를 초래하지 않아도 되고, 이것에 의해 압력 손실의 증대도 회피되기 때문에, 냉각수(9)의 흐름의 악화가 미연에 방지된다.

따라서, 상기 실시예에 의하면, 냉각수(9)의 고임에 기인한 튜브(3)의 열 변형을 초래하거나, 냉각수계의 배관의 복잡화나 압력 손실의 증대를 초래하거나 하지 않고, 튜브(3)의 진동의 문제를 해결할 수 있기 때문에, 튜브(3)의 연장화를 지장없이 실현할 수 있어 배기가스(10)의 냉각 효과를 높일 수 있고, 더구나, 각 튜브(3)의 양단의 고정부분 등에 있어서의 피로 파괴를 억제할 수도 있어 내구성의 대폭적인 향상을 도모할 수 있다.

도 6 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예를 도시하는 것으로, 도 6에 도시하는 실시예에서는, 이전의 도 5에서 원주방향에 인접하는 2개의 튜브(3)를 정리하여 관통 고정할 수 있도록 고치형의 긴 구멍을 이루고 있는 관통 구멍(14)을 더욱 원주방향으로 연장하고, 원주방향에 인접하는 3개의 튜브(3)를 정리하여 관통 고정할 수 있는 형상으로 하고 있다.

또한, 도 7에 도시하는 실시예에서는, 원주방향에 인접하는 2개의 튜브(3)뿐만 아니라, 반경방향에 인접하는 1개의 튜브(3)를 첨가한 3개의 튜브(3)를 정리하여 관통 고정할 수 있는 삼각형상의 관통 구멍(14)으로 하고 있다.

또, 도 8에 도시하는 실시예에서는, 원주방향 및 반경방향에 인접하는 각 열 2개씩의 합계 4개의 튜브(3)를 정리하여 관통 고정할 수 있는 사각형상의 관통 구멍(14)을, 이전의 도 7에 있어서의 삼각형상의 관통 구멍(14)이나 도 5에 있어서의 고치형의 관통 구멍(14)과 혼재시킨 것으로 하고 있다.

그리고, 이들 도 6 내지 도 8의 어떤 실시예를 채용한 경우에도, 이전의 도 4 및 도 5의 실시예의 경우와 마찬가지로, 냉각수(9)의 고임에 기인하여 튜브(3)의 열 변형을 초래하거나, 냉각수계의 배관의 복잡화나 압력 손실의 증대를 초래하거나 하지 않고, 튜브(3)의 진동의 문제를 해결할 수 있다.

본 발명의 EGR 쿨러는, 상술한 실시예에만 한정되는 것이 아니라, 각 튜브의 축심방향 복수 개소를 탄성체로 지지하도록 하여도 좋고, 그 외에, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 여러가지 변경을 가할 수 있다.

Claims

튜브와 상기 튜브를 포위하는 셸을 구비하고, 상기 셸의 내부에 냉각수를 급배하고 또한 상기 튜브 내에 배기가스를 통과시켜 상기 배기가스와 상기 냉각수를 열 교환하도록 한 EGR 쿨러로서, 상기 셸 내에 배치되어 복수의 관통 구멍을 구비한 중간 지지판으로 이루어지고, 서로 인접하는 튜브의 복수개를 같은 관통 구멍에 정리하여 관통 고정하고, 상기 중간 지지판의 같은 관통 구멍에 고정된 각 튜브의 상호간에 냉각수가 자유롭게 유통할 수 있도록 냉각수 통로를 확보하여 이루어지는 EGR 쿨러.