KR20110133890A

KR20110133890A - 인터쿨러

Info

Publication number: KR20110133890A
Application number: KR1020100053539A
Authority: KR
Inventors: 조병선
Original assignee: 한라공조주식회사
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2011-12-14

Abstract

본 발명은 인터쿨러에 관한 것으로, 상세하게는 인터쿨러에 있어서 열 충격과 압력에 의한 튜브의 크랙 또는 파손을 최소화하고 발생된 열을 효율적으로 방열할 수 있는 방열 플레이트가 구비된 인터쿨러에 관한 것이다.
본 발명의 인터쿨러는 일정 거리 이격되어 서로 마주보는 유입·배출구 헤더와; 상기 유입·배출구 헤더에 각각 결합되는 유입·배출구 탱크와; 상기 유입·배출구 탱크의 내부 공간과 연통되도록 양단이 상기 유입·배출구 헤더에 각각 결합되고 일정 간격 이격되어 설치되는 다수의 튜브와; 상기 튜브와 이웃한 튜브 사이에 개재되는 방열핀과; 상기 유입구 탱크에 설치되어 터빈에 의해 강제 송풍되는 공기가 유입되는 유입구와; 상기 배출구 탱크에 설치되어 상기 튜브의 내부를 통해 유동된 공기가 실린더의 흡기밸브측으로 배출하는 배출구;로 구성되되, 상기 튜브(100) 중의 좌·우측 최단부 튜브 외측면에 복수개의 방열편이 구비된 방열 플레이트가 설치됨을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 튜브에서 발생된 열을 효율적으로 방열하여 열 충격과 압력에 의한 튜브의 크랙 또는 파손을 최소화할 수 있으며, 열 및 압력에 가변되는 튜브의 길이변화에 구속되지 않고 튜브를 지지할 수 있어서 더욱 견고한 인터쿨러를 제공할 수 있다.

Description

인터쿨러{INTERCOOLER}

본 발명은 인터쿨러에 관한 것으로, 상세하게는 인터쿨러에 있어서 열 충격과 압력에 의한 튜브의 크랙 또는 파손을 최소화하고 발생된 열을 효율적으로 방열할 수 있는 방열 플레이트가 구비된 인터쿨러에 관한 것이다.

일반적으로 차량에는 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진의 출력을 높이기 위하여 외부공기를 흡입하여 터빈을 돌리고, 그로 인해 발생하는 고온의 압축공기를 실린더 안에 공급하는 장치인 과급기를 구비하고 있다. 그런데, 이 과급기에 의해 급속히 압축된 공기는 온도가 높아져 팽창하고, 산소 밀도가 떨어져 결과적으로 실린더 안의 충전효율을 떨어뜨린다.

이에, 인터쿨러를 이용하여 압축된 고온의 공기를 냉각하면 공기 밀도가 올라가 실린더의 흡입효율이 높아지고, 엔진의 연소효율이 향상되어 연비가 높아지는 것은 물론, 이산화탄소 배출도 크게 줄어든다.

이 인터쿨러는 냉각 방식에 따라서 수랭식과 공랭식이 있으나 공랭식이 더 많이 사용되는 바, 이에 대한 종래 기술을 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

종래 기술에 의한 인터쿨러(1a)는 일정 거리 이격되어 서로 마주보는 한쌍의 헤더(30, 31)와, 상기 헤더(30, 31)에 각각 결합되는 탱크(40, 41)와, 탱크(40, 41)의 내부 공간과 연통되도록 양단이 상기 헤더(30, 31)에 각각 결합되고 일정 간격 이격되어 공기통로를 형성하는 다수의 튜브(10)와, 상기 튜브(10)와 이웃한 튜브 사이의 공기통로에 개재되는 방열핀(20)과, 상기 방열핀(20)의 외측으로 설치되어 상기 인터쿨러(1a)의 형상을 유지하도록 지지하는 사이드 서포트(60, 61, Side Support)와, 상기 탱크(40, 41)중 어느 하나에 설치되어 터빈에 의해 강제 송풍되는 공기가 유입되는 유입구(50)와, 나머지 탱크에 설치되어 튜브(10)의 내부를 통해 유동된 공기가 실린더의 흡기밸브측으로 도달하도록 배출하는 배출구(51)로 이루어진다.

상기와 같이 구성된 인터쿨러(1a)의 공기 유동경로를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 외부 공기가 상기 터빈의 회전에 의해 압축된 상태로 강제 송풍되어 유입구(50)를 통해 탱크(40)의 내부 공간으로 유입된다. 이렇게 탱크(40)의 내부 공간으로 유입된 공기는 다수의 튜브(10)의 내부를 지나면서 튜브(10)들 사이의 공기통로를 통과하는 공기와 열교환되어 냉각된다. 이렇게 냉각된 공기는 탱크(41)의 내부 공간으로 모인후, 배출구(51)를 통해 배출되어 파이프를 따라 유동하여 흡기밸브의 개방시 실린더의 내부로 유입되는 것이다.

따라서 이러한 종래의 인터쿨러(1a)는 고온의 압축 공기가 유입구(50)로 유입되어 다수의 튜브(10)를 통과하면서 냉각되고 이 냉각된 공기가 배출구(51)로 배출되는 과정을 반복한다. 이 과정에서 튜브(10)는 수축과 팽창을 반복하게 되는데 이러한 반복적인 수축 팽창을 견디도록 튜브(10)는 큰 내구력이 요구된다.

이러한 요구에 첨부된 도면의 도 2 (a)에서는 튜브(10)와 방열핀(20)의 결합구조 외측에 사이드 서포트(60)를 결합하여 튜브(10)의 수축과 팽창을 제한하여 이를 개선하고자 하였으나, 수축 및 팽창하는 튜브(10)에 의해 이 사이드 서포트(60)가 파손되는 경우가 빈번히 발생하였다.

이를 개선하고자 첨부된 도면의 도 2 (b)와 같이 튜브(10)의 수축과 팽창의 가변에 대해서 자유롭도록 사이드 서포트(60)를 제거한 방법이 개시되었으나, 최 외측의 튜브(11)는 그 외측을 지지하는 구성이 부재하여 열 및 압력에 의해 크랙이 발생하거나 형태가 변형되는 등의 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 열 충격과 압력에 의한 튜브의 크랙 또는 파손을 최소화하고 발생된 열을 효율적으로 방열할 수 있는 인터쿨러를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

본 발명의 목적은 일정 거리 이격되어 서로 마주보는 유입·배출구 헤더(300, 310)와; 상기 유입·배출구 헤더(300, 310)에 각각 결합되는 유입·배출구 탱크(400, 410)와; 상기 유입·배출구 탱크(400, 410)의 내부 공간과 연통되도록 양단이 상기 유입·배출구 헤더(300, 310)에 각각 결합되고 일정 간격 이격되어 설치되는 다수의 튜브(100)와; 상기 튜브(100)와 이웃한 튜브 사이에 개재되는 방열핀(200)과; 상기 유입구 탱크(400)에 설치되어 터빈에 의해 강제 송풍되는 공기가 유입되는 유입구(500)와; 상기 배출구 탱크(410)에 설치되어 상기 튜브(100)의 내부를 통해 유동된 공기가 실린더의 흡기밸브측으로 배출하는 배출구(510);로 구성되되, 상기 튜브(100) 중의 좌·우측 튜브에는 복수개의 방열편(610)이 구비된 방열 플레이트(600, 601)가 구비되는 것에 의해 달성된다.

또한, 상기 방열 플레이트(600, 601)의 방열편(610)은, 상기 방열 플레이트(600, 601)의 일부를 절개하여 외측으로 돌출되도록 벤딩시킨 것에 의해 달성된다.

또한, 상기 방열 플레이트(600, 601)의 방열편(610)은 서로 교차 구비되는 것에 의해 달성된다.

또한, 상기 방열 플레이트(600, 601)의 방열편(610)의 폭(b)은 상기 방열 플레이트(600, 601) 폭(w)의 1/4 ~ 1/3이고, 상기 방열편(610)의 높이(a')는 상기 방열편과 이웃한 다른 방열편과의 거리(a)의 1/2인 것에 의해 달성된다.

또한, 상기 방열 플레이트(600, 601)의 높이(h)는 상기 튜브(100)의 높이(h')보다 낮은 것에 의해 달성된다.

본 발명에 따르면 튜브에서 발생된 열을 효율적으로 방열하여 열 충격과 압력에 의한 튜브의 크랙 또는 파손을 최소화할 수 있으며, 열 및 압력에 가변되는 튜브의 길이변화에 구속되지 않고 튜브를 지지할 수 있어서 더욱 견고한 인터쿨러를 제공할 수 있다.

도 1은 종래 인터쿨러의 정면도,
도 2는 종래 인터쿨러의 부분 확대도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 인터쿨러의 정면도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 인터쿨러의 측면도 및 부분 확대도,
도 5는 방열 플레이트의 부분 사시도를 나타낸 것이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 본 발명의 구성을 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 인터쿨러의 정면도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 인터쿨러의 측면도 및 부분 확대도를 나타낸 것이며, 도 5는 방열 플레이트의 부분 사시도를 나타낸 것이다.

본 발명의 인터쿨러(1)는 일정 거리 이격되어 서로 마주보는 유입·배출구 헤더와; 상기 유입·배출구 헤더에 각각 결합되는 유입·배출구 탱크와; 상기 유입·배출구 탱크의 내부 공간과 연통되도록 양단이 상기 유입·배출구 헤더에 각각 결합되고 일정 간격 이격되어 설치되는 다수의 튜브와; 상기 튜브와 이웃한 튜브 사이에 개재되는 방열핀과; 상기 유입구 탱크에 설치되어 터빈에 의해 강제 송풍되는 공기가 유입되는 유입구와; 상기 배출구 탱크에 설치되어 상기 튜브의 내부를 통해 유동된 공기가 실린더의 흡기밸브측으로 배출하는 배출구;로 구성되되, 상기 튜브 중의 좌·우측 튜브에는 복수개의 방열편이 구비된 방열 플레이트가 설치됨을 특징으로 한다.

유입구 헤더(300)와 배출구 헤더(310)는 일정 거리 이격되어 서로 마주보도로록 설치되며, 튜브(100)와 결합되어 이 튜브(100)를 소정의 간격으로 배치되도록 한다.

이 유입·배출구 헤더(300, 310)에 각각 결합되는 유입·배출구 탱크(400, 410)는 상기 튜브(100)와 내부 연통되도록 하며 공기의 외부 유출을 방지한다.

유입·배출구 탱크(400, 410)에는 각각 터빈에 의해 강제 송풍되는 공기가 유입되는 유입구(500)와 상기 튜브(100)의 내부를 통해 유동된 공기가 실린더의 흡기밸브측으로 배출하는 배출구(510)가 구비된다.

튜브(100)는 상기 유입·배출구 탱크(400, 410)의 내부 공간과 연통되도록 양단이 상기 유입·배출구 헤더(300, 310)에 각각 결합되고, 튜브와 아웃하는 튜브는 일정 간격 이격되어 설치된다.

이 튜브(100)의 내부에는 중공의 상태로 이루어지며, 더욱 상세하게는 인너핀(Inner Fin, 도면부호 미표시)을 포함하도록 구성될 수 있다. 이 인너핀은 튜브(100)의 내부를 다수개의 분할관으로 분리하는 것으로, 튜브(100)와 일체형으로 성형될 수 있으며, 내부를 다수개 격실하는 것에 의하여 내부를 유동하는 공기의 압력을 충분히 견딜 수 있도록 한다.

방열핀(200)은 상기 튜브(100)와 이웃한 튜브 사이에 개재되는 것으로, 이 방열핀(400)은 다수의 절곡부를 가지며, 이 절곡부가 상기 튜브(100)의 외접면과 접촉하여 튜브(100)의 열을 전달받아 이를 공기중으로 방열한다.

방열 플레이트(600, 601)는 상기 튜브(100) 중의 좌·우측 최단부 튜브 외측면에 설치되며, 이 방열 플레이트(600, 601)에는 보수개의 방열편(610)이 구비된 방ㅇ된다.

이 방열 플레이트(600, 601)는 일정한 두께와 폭을 가지며 최외각의 좌·우측 튜브에 각각 부착 설치되어 상기 최외각 튜브(100)의 열을 흡수하여 이를 공기중으로 방열한다.

또한, 방열 플레이트(600, 601)는 열을 흡수하여 공중으로 방열할 뿐만 아니라 최외각의 튜브를 지지하는 보강대 역할도 수행한다. 이 방열 플레이트(600, 601)은 튜브(100)에 브레이징 접합으로 설치될 수 있다.

이러한 방열 플레이트(600, 601)에는 복수의 방열편(610)이 구비된다.

이 방열편(610)은 방열 플레이트(600, 601)의 일부를 절개하여 외측으로 돌출되도록 벤딩(bending, 도 5 참조)시킨 것으로, 방열 플레이트(600, 601)의 폭 방향으로 복수열로 형성된다. 이 방열편(610)은 첨부된 도면 도 5에 도시된 바와 같이, 3개의 면이 절개되고 절개되지 않은 1개의 면을 축으로 내측에서 외측으로 벤딩시켜 돌출되도록 구성될 수 있으며, 벤딩 각(angle)은 방열 플레이트(600, 601)의 면과 예각으로 구성되어 이 방열 플레이트(600, 601)를 측면에서 관측하였을 경우에 상기 방열편(610)이 서로 'V'자 형을 이루도록 구성될 수 있다.

즉, 상기 방열 플레이트(600, 601)에 복수열로 형성된 방열편(610)은 각각의 공기 유동 방향으로 기준으로 서로 반대 방향으로 벤딩되어 형성된다.

이러한 'V'자 형상으로 이루어진 방열편(610)의 구조에 의해서 이 방열편(610)을 통과하는 공기는 난류성을 높여 방열성이 더욱 향상된다.

이 방열편(610)은 방열 플레이트(600, 601)의 일부를 절개하여 외측으로 돌출되도록 벤딩시킬 경우, 벤딩된 내측으로는 개구부(620)가 형성되고 이 개구부(620)를 통해 튜브(100)의 열을 더욱 용이하게 방열시킬 수 있다.

한편, 첨부된 도면의 도 5에서는 방열 플레이트(600, 601)의 일부를 절개하여 외측으로 돌출되도록 벤딩시켜 방열편(610)을 구성하는 것으로 도시하였으나, 이방열편(610)은 별도의 철편을 상기 방열 플레이트(600, 601)에 브레이징(brazing)하여 구성될 수 있다. 이 구성을 도면에는 생략되었으나 이러한 구성은 당업자라면 용이하게 도출해 낼 수 있는 것이다.

방열편(610)에 대하여 좀 더 상세히 설명한다.

방열편(610)은 외부 공기와 많은 접촉을 하여야 하며, 쉽게 열을 방출할 수 있는 재질로 구성되어야 한다. 또한 많은 외부 공기와의 접촉을 위해 첨부된 도면의 도 5에 도시된 바와 같이 공기 유동방향을 기준으로 서로 반대 방향으로 벤딩되어 형성되도록 구성할 수 있다.

본 발명의 방열 플레이트(600, 601)는 열을 흡수하여 방열하고, 튜브(100)를 변형을 방지하여 지지하는 것으로, 이에 구비되는 방열편(610)의 크기에 따라 열을 흡수하여 방열하는 기능과 튜브의 변형을 방지하는 기능으로 분리될 수 있다.

즉, 방열 플레이트(600, 601)에 구비된 방열편(610)의 크기가 클수록 외부 공기와의 접촉이 많아지고 방열량이 증가될 수 있으나, 튜브(100)의 변형을 지지하는 기능을 저하된다. 반대로, 방열편(610)의 크기가 작을수록 외부 공기와의 접촉은 적어지고 방열량은 감소하나 튜브의 변형을 지지하는 기능을 증가된다.

이에, 본 발명에서는 튜브의 변형되지 않도록 하는 지지력을 유지하면서 공기와의 접촉을 최적으로 유지하여 방열할 수 있도록 하는 방열편(610)의 크기를 제공하고자 한다.

이에 본 발명에 따른 방열편(610)의 적절한 크기를 설명한다.

방열편(610)의 폭(b)은 상기 방열 플레이트(600, 601) 폭(w)의 1/4 ~ 1/3 사이로 이루어지며, 이 방열편(610)의 높이(a)는 상기 방열편과 이웃한 다른 방열편과의 거리(d)의 1/2로 이루어질 수 있다.

이와 같이 구성된 방열편(610)은 튜브의 외측을 지지하는 지지력은 방열편(610)을 형성하기 위해 절개된 본래 형태의 방열 플레이트(600, 601) 강성을 지니면서 튜브(100)의 열을 흡수하여 방열할 수 있는 최적의 상태를 유지한다.

또한, 방열 플레이트(600, 601)는 열 및 압력에 가변되는 튜브(100)의 길이변화를 구속하지 않아야 한다. 즉, 방열 플레이트(600, 601)가 열 및 압력에 소정의 길이로 가변되는 상태를 강제적으로 구속한다면 크랙의 발생을 더욱 초래할 수 있으며, 유입·배출 탱크(400, 410)를 변형시킬 수 있다.

이를 위해 본 발명에서 방열 플레이트(600, 601)의 높이(h)는 상기 튜브(100)의 높이(h')보다 낮도록 구성하여 상기 튜브(100)에 설치되는 방열 플레이트(600, 601)가 튜브(100)의 소정 길이변화에 대해 유동적으로 대체할 수 있도록 구성될 수 있다.

1 : 인터쿨러 100 : 튜브
200 : 방열핀 300 : 유입구 헤더
310 : 배출구 헤더 400 : 유입구 탱크
410 : 배출구 탱크 500 : 유입구
510 : 배출구 600 : 방열 플레이트
610 : 방열편 620 : 개구부

Claims

일정 거리 이격되어 서로 마주보는 유입·배출구 헤더(300, 310)와;
상기 유입·배출구 헤더(300, 310)에 각각 결합되는 유입·배출구 탱크(400, 410)와;
상기 유입·배출구 탱크(400, 410)의 내부 공간과 연통되도록 양단이 상기 유입·배출구 헤더(300, 310)에 각각 결합되고 일정 간격 이격되어 설치되는 다수의 튜브(100)와;
상기 튜브(100)와 이웃한 튜브 사이에 개재되는 방열핀(200)과;
상기 유입구 탱크(400)에 설치되어 터빈에 의해 강제 송풍되는 공기가 유입되는 유입구(500)와;
상기 배출구 탱크(410)에 설치되어 상기 튜브(100)의 내부를 통해 유동된 공기가 실린더의 흡기밸브측으로 배출하는 배출구(510);로 구성되되,
상기 튜브(100) 중의 좌·우측 최단부 튜브 외측면에 복수개의 방열편(610)이 구비된 방열 플레이트(600, 601)가 설치됨을 특징으로 하는 인터쿨러.
청구항 1에 있어서,
상기 방열 플레이트(600, 601)의 방열편(610)은,
상기 방열 플레이트(600, 601)의 일부를 절개되어 외측으로 돌출되도록 벤딩되되, 상기 방열 플레이트(600, 601)의 폭방향으로 복수열로 형성되는 것을 특징으로 하는 인터쿨러.
청구항 2에 있어서,
상기 방열 플레이트(600, 601)에 복수열로 형성된 방열편(610)은 열이 공기 유동방향을 기준으로 서로 반대 방향으로 벤딩되어 형성되는 것을 특징으로 하는 인터쿨러.
청구항 1에 있어서,
상기 방열 플레이트(600, 601)의 방열편(610)의 폭(b)은 상기 방열 플레이트(600, 601) 폭(w)의 1/4 ~ 1/3이고,
상기 방열편(610)의 높이(a)는 상기 방열편과 이웃한 다른 방열편과의 거리(d)의 1/2인 것을 특징으로 하는 인터쿨러.
청구항 1에 있어서,
상기 방열 플레이트(600, 601)의 방열편(610)의 높이(h)는 상기 튜브(100)의 높이(h')보다 낮은 것을 특징으로 하는 인터쿨러.