KR20100041102A

KR20100041102A - 인터쿨러

Info

Publication number: KR20100041102A
Application number: KR1020080100110A
Authority: KR
Inventors: 전태수
Original assignee: 한라공조주식회사
Priority date: 2008-10-13
Filing date: 2008-10-13
Publication date: 2010-04-22
Also published as: KR101527899B1

Abstract

본 발명은 인터쿨러에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 엔진 블록에 일부가 삽입되도록 배치됨으로써 수냉식 및 공랭식 냉각 방식이 동시 적용되어 인터쿨러 자체의 냉각 효율을 증대시킴과 동시에 인터쿨러 배치로 인한 타 쿨링 모듈의 방열 성능 저하 문제를 근본적으로 제거하는 인터쿨러를 제공함에 있다.

본 발명의 인터쿨러는, 외부 공기 송풍 방향에 나란하게 병렬 배치된 복수 개의 튜브(120); 및 상기 복수 개의 튜브(120)의 양쪽에 구비되어 내부로 압축 공기를 유통시키는 한 쌍의 헤더탱크(110); 를 포함하여 이루어지는 인터쿨러(100)에 있어서, 상기 인터쿨러(100)는 상기 튜브(120) 사이로 유통되는 외부 공기와 내부의 압축 공기 간에 열교환이 발생되는 공랭 영역(S_A) 및 내부에 냉각수가 유통되는 냉각수 유로(320)가 형성된 엔진 블록(300)의 일측에 형성된 삽입부(310)로 삽입되어, 상기 냉각수 유로(320) 내로 유통되는 냉각수와 내부의 압축 공기 간에 열교환이 발생되는 수냉 영역(S_B)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

인터쿨러, 공랭, 수냉, U-플로우, 단계적 냉각

Description

인터쿨러 {Intercooler}

본 발명은 인터쿨러에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량 엔진 룸으로의 유입 공기를 충분히 확보하면서도 이다.

인터쿨러(intercooler)는, 엔진 출력을 높이기 위해 과급기에 의해 고온 고압으로 압축된 공기를 식혀 주는 장치이다. 엔진의 출력을 높이기 위해서는 실린더에 고압으로 압축된 공기를 유입시켜 주는 것이 좋으나, 문제는 공기가 압축되는 과정에서 온도가 올라가게 되며, 온도가 올라가면 산소의 밀도가 떨어져 결과적으로 실린더 내의 충전 효율이 오히려 떨어지게 되는 문제점이 발생한다. 이와 같은 문제점을 해소하기 위하여 압축 공기를 식혀주는 인터쿨러를 장착하는데, 인터쿨러에 의해 과급된 공기가 식혀짐으로써 엔진의 연소 효율이 향상되어 연비가 좋아지고 이산화탄소 배출량도 크게 줄어드는 등의 효과가 있어, 특히 발열량이 많은 고성능 엔진 장착 차량에는 반드시 필요한 구성 부품이다.

도 1은 종래의 인터쿨러를 도시한 것이다. 종래의 인터쿨러(100'A, 100'B)는 도시된 바와 같이 쿨링 모듈(200)의 후방 하면(도 1(A)) 또는 측면(도 1(B)) 등과 같은 위치에 구비된다. 여기에서 쿨링 모듈(200)은 라디에이터 등과 같은 차량 냉각 시스템 또는 공조 시스템을 구성하는 열교환기로서, 차량에 따라 열교환기의 배치 위치가 다양하게 변화하기 때문에 쿨링 모듈(200)로 통칭하였다. 상기 도 1에 도시되어 있는 인터쿨러(100'A, 100'B)들은 모두 공랭식으로서, 즉 차량 엔진 룸으로 유입되는 공기를 통과시켜 상기 인터쿨러(100'A, 100'B) 내의 공기와 외부 공기 간의 열교환을 일으킴으로써 상기 인터쿨러(100'A, 100'B) 내의 공기 온도를 낮추도록 되어 있다.

그런데, 도 1(A)에 도시되어 있는 바와 같이 상기 인터쿨러(100'A)가 상기 쿨링 모듈(200)의 후방 하면과 같은 위치에 구비되는 경우, 유입되는 외부 공기는 상기 쿨링 모듈(200) 및 상기 인터쿨러(100'A)를 순차적으로 통과해야 하는데, 이 과정에서 유입 공기 흐름에 대한 저항이 늘어나게 되어 유입 공기의 흐름이 원활하지 않게 된다. 이처럼 상기 인터쿨러(100'A)의 존재로 인하여 유입 공기의 흐름이 방해됨으로써 상기 쿨링 모듈(200)에서의 열교환성능이 저하된다는 사실이 보고되어 왔다.

도 1(B)에 도시되어 있는 바와 같이 상기 인터쿨러(100'B)가 상기 쿨링 모듈(200)의 측면 위치에 구비되는 경우에는, 도 1(A)에서와 같은 공기 저항 문제는 해결할 수 있으나, 이 경우에는 엔진 룸 공간의 한계 때문에 상기 인터쿨러(100'B)의 존재로 인하여 상기 쿨링 모듈(200)의 크기가 축소되어야 하며, 이에 따라 역시 상기 쿨링 모듈(200)에서의 열교환성능이 저하되게 된다.

따라서 효과적으로 압축 공기를 냉각할 수 있으면서도 타 쿨링 모듈의 방열 성능에 영향을 주지 않는 인터쿨러에 대한 요구가 꾸준히 있어 왔다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 엔진 블록에 일부가 삽입되도록 배치됨으로써 수냉식 및 공랭식 냉각 방식이 동시 적용되어 인터쿨러 자체의 냉각 효율을 증대시킴과 동시에 인터쿨러 배치로 인한 타 쿨링 모듈의 방열 성능 저하 문제를 근본적으로 제거하는 인터쿨러를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인터쿨러는, 외부 공기 송풍 방향에 나란하게 병렬 배치된 복수 개의 튜브(120); 및 상기 복수 개의 튜브(120)의 양쪽에 구비되어 내부로 압축 공기를 유통시키는 한 쌍의 헤더탱크(110); 를 포함하여 이루어지는 인터쿨러(100)에 있어서, 상기 인터쿨러(100)는 상기 튜브(120) 사이로 유통되는 외부 공기와 내부의 압축 공기 간에 열교환이 발생되는 공랭 영역(S_A) 및 내부에 냉각수가 유통되는 냉각수 유로(320)가 형성된 엔진 블록(300)의 일측에 형성된 삽입부(310)로 삽입되어, 상기 냉각수 유로(320) 내로 유통되는 냉각수와 내부의 압축 공기 간에 열교환이 발생되는 수냉 영역(S_B)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 인터쿨러(100)는 상기 공랭 영역(S_A)을 형성하는 상기 튜 브(120) 사이에 개재되고 상기 튜브(120) 사이를 흐르는 외부 공기와의 전열 면적을 증가시키는 핀(130); 을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 인터쿨러(100)는 상기 헤더탱크(110)들 중 하나에 압축 공기가 유입되는 유입구(111) 및 배출구(112)가 상하 양측으로 구비되며, 압축 공기가 U-플로우를 이루도록 상기 유입구(111) 및 상기 배출구(112)가 형성된 상기 헤더탱크(110) 내에 배플(113)이 구비되는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 인터쿨러(100)는 상기 유입구(111)가 상기 수냉 영역(S_B) 측에, 상기 배출구(112)가 상기 공랭 영역(S_A) 측에 배치되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 배플(113)은 상기 공랭 영역(S_A) 및 상기 수냉 영역(S_B)의 경계선 상에 구비되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 인터쿨러의 위치를 변경시킴으로써 종래의 인터쿨러가 쿨링 모듈과 병렬 또는 직렬 형태로 배치됨으로써 쿨링 모듈을 통과하는 외부 공기의 공기 저항이 늘어나거나 쿨링 모듈의 크기를 축소해야만 함으로써 쿨링 모듈의 방열 성능이 저하되는 문제점을 근본적으로 제거하는 효과가 있다. 즉, 본 발명의 인터쿨러는 엔진 블록 상에 배치되기 때문에 종래에 인터쿨러의 존재로 인하여 발생되던 쿨링 모듈 열교환성능에의 악영향(공기 저항 문제, 쿨링 모듈 크기 축소 문제 등)이 원천적으로 제거되어, 결과적으로 쿨링 모듈에서의 열교환성능이 증대되는 효과가 있는 것이다.

또한, 본 발명의 인터쿨러는 엔진 블록에 일부가 삽입되는 형태로 형성되는 바, 인터쿨러 내의 공기가 냉각수가 유통되는 유로가 형성되어 있는 엔진 블록에 삽입된 부분에서는 냉각수에 의해 수냉식으로 1차 냉각되고, 엔진 블록 외부로 노출된 부분에서는 튜브 및 핀을 통해 외부 공기에 의해 공랭식으로 2차 냉각되는 방식이 사용됨으로써, 인터쿨러 내 압축 공기 냉각 효과가 극대화되는 큰 효과가 있다. 물론 이에 따라 인터쿨러의 효율이 높아지게 되며, 결과적으로는 차량의 연비 증가 및 이산화탄소 등의 유해 배출 물질 감소 등의 효과 또한 얻을 수 있다.

뿐만 아니라 인터쿨러의 냉각 효율이 훨씬 높아지기 때문에 종래에 비해 인터쿨러 자체의 사이즈를 줄일 수 있는 효과도 있으며, 또한 인터쿨러 일부 또는 전체 영역에 대하여 핀을 구비시키지 않을 수도 있기 때문에 전체적인 생산에 드는 비용을 크게 줄일 수 있는 경제적 효과 또한 있다.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 인터쿨러를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 인터쿨러의 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 인터쿨러의 원리를 보이기 위한 본 발명의 인터쿨러의 간략화된 측면도이다.

도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 인터쿨러(100)는 일반적인 열교 환기와 마찬가지로 외부 공기 송풍 방향에 나란하게 병렬 배치된 복수 개의 튜브(120); 및 상기 복수 개의 튜브(120)의 양쪽에 구비되어 내부로 압축 공기를 유통시키는 한 쌍의 헤더탱크(110);를 포함하여 이루어지되, 종래의 인터쿨러(100)가 타 쿨링 모듈 근처에 배치되었던 것과는 달리, 본 발명의 인터쿨러(100)는 엔진 블록(300)에 일부가 삽입되는 형태로 배치된다.

일반적으로 엔진 블록(300)에는, 도 3에 간략하게 도시되어 있는 바와 같이, 엔진에서 발생되는 열을 냉각시키기 위한 냉각수가 유통되는 냉각수 유로(320)가 그 내부에 형성되어 있다. 상기 냉각수 유로(320)의 형태는 상기 엔진 블록(300) 자체의 구조 등에 따라 다양하고 복잡하게 설계될 수 있으나, 본 발명에서는 상기 냉각수 유로(320)의 경로가 관건인 것은 아니기 때문에 도 3에서는 간략화하여 표시한 것으로, 도 3으로서 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 인터쿨러(100)는, 도 2 및 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 상기 엔진 블록(300)의 냉각수 유로(320)가 형성되는 위치 근처에 형성되는 삽입부(310)로 그 일부가 삽입 배치된다. 본 발명의 인터쿨러(100)가 이와 같이 상기 엔진 블록(300)으로 삽입 배치되면, 상기 엔진 블록(300)의 외부로 노출된 영역은 공랭 영역(S_A)을, 상기 삽입부(310)로 삽입된 부분은 수냉 영역(S_B)을 형성하게 된다.

도 2 및 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 수냉 영역(S_B)은 상기 엔진 블록(300)에 함몰 형성된 상기 삽입부(310)로 삽입되어 있게 된다. 이 때, 상기 엔 진 블록(300) 상에는 상술한 바와 같이 엔진으로부터 발생된 과열을 흡수하여 엔진을 냉각하기 위한 냉각수가 유통되는 상기 냉각수 유로(320)가 형성되어 있다. 따라서, 상기 수냉 영역(S_B)에 포함되는 상기 튜브(120) 내로 유통되는 압축 공기는, 상기 냉각수 유로(320) 내에 흐르는 냉각수와 열교환을 일으키며 냉각될 수 있게 된다.

한편, 상기 공랭 영역(S_A)은 상기 엔진 블록(300)의 외부로 노출되어 있기 때문에, 상기 튜브(120)들 사이로 외부 공기가 자유롭게 유통될 수 있게 된다. 따라서 상기 공랭 영역(S_A)에서는 상기 튜브(120) 내로 유통되는 압축 공기는 상기 튜브(120)들 사이로 흐르는 외부 공기와 열교환을 일으켜 냉각이 일어나게 된다.

즉, 본 발명의 인터쿨러(100)에서는 압축 공기가 상기 수냉 영역(S_B) 및 상기 공랭 영역(S_A)을 거치면서 냉각되게 되어, 종래에 공랭식으로만 압축 공기를 냉각시켰던 것과 비교하여 훨씬 냉각 효율이 높아지게 된다.

또한 본 발명의 인터쿨러(100)에서는, 한 쌍의 상기 헤더탱크(110)들 중 어느 한 쪽의 헤더탱크(110)에 상하 양측 방향으로 유입구(111) 및 배출구(112)를 구비되도록 하고 있으며, 또한 상기 유입구 및 상기 배출구(112)가 형성된 상기 헤더탱크(110)에 배플(113)이 구비되도록 하고 있다. 상기 유입구, 상기 배출구(112) 및 상기 배플(113)이 배치됨으로써, 상기 유입구(111)로 유입된 압축 공기는 상기 배출구(112)를 통해 흘러나가면서 U-플로우를 형성하게 된다.

이 때, 상기 유입구(111)가 상기 수냉 영역(S_B) 측에, 상기 배출구(112)가 상기 공랭 영역(S_A) 측에 배치되도록 함으로써, 압축 공기는 상기 수냉 영역(S_B)을 먼저 통과한 후 상기 공랭 영역(S_A)을 통과하며 U-플로우를 형성하도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 배치에 의하여, 압축 공기는 상기 수냉 영역(S_B)을 통과하면서 1차적으로 냉각이 이루어진 후에 상기 공랭 영역(S_A)을 통과하면서 2차적으로 냉각이 이루어지게 되는 것이다. 이와 같이 단계적인 냉각이 이루어지도록 함으로써 상기 인터쿨러(100)의 냉각 효율은 단지 공랭식인 종래의 인터쿨러보다 훨씬 좋아지게 되며, 따라서 같은 효율을 얻기 위한 인터쿨러의 크기를 종래보다 훨씬 축소할 수 있게 된다. 즉 동일하거나 또는 더 높은 냉각 효율을 얻을 수 있으면서도 엔진 룸의 공간 확보 효과 또한 극대화되는 것이다.

이와 같이 수냉 영역(S_B)에서의 냉각 - 공랭 영역(S_A)에서의 냉각 순으로의 단계적 냉각이 효과적으로 이루어지도록 하기 위해서 상기 배플(113)은 상기 수냉 영역(S_B) 및 상기 공랭 영역(S_A)의 경계선 위치, 즉 상기 엔진 블록(300)의 외측면과 만나는 위치에 배치되는 것이 가장 바람직하다.

상술한 바와 같이 본 발명의 인터쿨러(100)에서는 압축 공기가 상기 수냉 영역(S_B) 및 상기 공랭 영역(S_A)을 순차적으로 통과하면서 냉각이 이루어지기 때문에 기존의 단지 공랭식만을 이용하는 인터쿨러에 비하여 냉각 효율이 우수하다. 일반적으로 대부분의 튜브 타입 열교환기에서는 튜브들 사이에 핀을 구비시킴으로써 튜브 사이로 유통하는 외부 공기와 튜브 내의 열교환매체와의 열교환성능을 보다 증대시키도록 하고 있다. 그러나 본 발명의 인터쿨러(100)는 수냉식 및 공랭식을 모두 이용함으로써 종래보다 냉각 효율을 높일 수 있기 때문에, 상기 튜브(120)들 사이에 핀이 일부만 구비되거나 또는 생략되어도 무방하다. 특히 수냉 영역(S_B)에서는 핀이 전혀 필요하지 않으며, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 상기 인터쿨러(100) 전체적으로 핀이 생략될 수 있거나 또는 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 상기 공랭 영역(S_A)에만 핀(130)이 구비되도록 할 수 있다.

이와 같이 핀을 전체 또는 일부 영역에서 생략함으로써, 인터쿨러 단품을 제작하는데 필요한 재료를 절약할 수 있게 되며, 이에 따라 경제적 이득 및 생산성을 높일 수 있게 된다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

도 1은 종래의 인터쿨러들.

도 2는 본 발명의 인터쿨러의 분해 사시도.

도 3은 본 발명의 인터쿨러의 원리.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

100: (본 발명의) 인터쿨러

110: 헤더탱크 111: 유입구

112: 배출구 113: 배플

120: 튜브 130: 핀

200: 쿨링 모듈 300: 엔진 블록

310: 삽입부 320: 냉각수 유로

Claims

외부 공기 송풍 방향에 나란하게 병렬 배치된 복수 개의 튜브(120); 및 상기 복수 개의 튜브(120)의 양쪽에 구비되어 내부로 압축 공기를 유통시키는 한 쌍의 헤더탱크(110); 를 포함하여 이루어지는 인터쿨러(100)에 있어서,

상기 인터쿨러(100)는

상기 튜브(120) 사이로 유통되는 외부 공기와 내부의 압축 공기 간에 열교환이 발생되는 공랭 영역(S_A) 및

내부에 냉각수가 유통되는 냉각수 유로(320)가 형성된 엔진 블록(300)의 일측에 형성된 삽입부(310)로 삽입되어, 상기 냉각수 유로(320) 내로 유통되는 냉각수와 내부의 압축 공기 간에 열교환이 발생되는 수냉 영역(S_B)

으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인터쿨러.
제 1항에 있어서, 상기 인터쿨러(100)는

상기 공랭 영역(S_A)을 형성하는 상기 튜브(120) 사이에 개재되고 상기 튜브(120) 사이를 흐르는 외부 공기와의 전열 면적을 증가시키는 핀(130);

을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인터쿨러.
제 1항에 있어서, 상기 인터쿨러(100)는

상기 헤더탱크(110)들 중 하나에 압축 공기가 유입되는 유입구(111) 및 배출구(112)가 상하 양측으로 구비되며,

압축 공기가 U-플로우를 이루도록 상기 유입구(111) 및 상기 배출구(112)가 형성된 상기 헤더탱크(110) 내에 배플(113)이 구비되는 것을 특징으로 하는 인터쿨러.
제 3항에 있어서, 상기 인터쿨러(100)는

상기 유입구(111)가 상기 수냉 영역(S_B) 측에, 상기 배출구(112)가 상기 공랭 영역(S_A) 측에 배치되는 것을 특징으로 하는 인터쿨러.
제 3항에 있어서, 상기 배플(113)은

상기 공랭 영역(S_A) 및 상기 수냉 영역(S_B)의 경계선 상에 구비되는 것을 특징으로 하는 인터쿨러.