KR20140120917A - 가스용, 특히 엔진의 배기 가스용 열교환기 - Google Patents

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Abstract

가스, 특히 엔진의 배기 가스를 위한 열교환기(1)는, 냉매와 열 교환을 위한 가스의 순환을 위한, 케이싱의 내측에 배열된 튜브(2)의 다발, 케이싱(3)의 한쪽 단부에 결합되고 가스 재순환 라인에 연결된 적어도 하나의 가스 탱크(6) 및 가스 탱크(6)와 연결되고, 배기 가스를 필터링 하기 위한 입자 필터(7)를 포함한다. 상기 필터(7)는 가스 탱크(6)에 연결되고, 교환기(1)의 케이싱(3)에 결합 될 수 있는 단일의 불가분한 부분을 형성한다. 바람직하게, 필터(7)는 용접에 의해 가스 탱크(6)에 결합된다. 단일의 부분 내의 가스 탱크에 완전히 포함되는 필터가 얻어지면, 교환기 케이싱에의 조립이 가능하다.

Description

가스용, 특히 엔진의 배기 가스용 열교환기{HEAT EXCHANGER FOR GASES, IN PARTICULAR FOR THE EXHAUST GASES OF AN ENGINE}
본 발명은 가스용, 특히 엔진의 배기 가스용 열교환기에 관한 것이다.
본 발명은 보다 구체적으로는 엔진의 배기가스 재순환을 위한 열교환기(EGRC)에서 이용된다.
EGR 교환기의 주 기능은 가스를 냉각하기 위해 배기 가스와 냉매(coolant) 사이에 열을 교환하는 것이다.
현재, EGR 열교환기는, 배기물을 감소시키기 위해, 디젤 응용에 광범위하게 사용되고, 연료의 소비량을 감소시키기 위해 휘발유 응용에도 사용된다.
현재 시장 트렌드는 고압(HP) 응용뿐만 아니라 저압(LP) 응용에서도, 엔진의 크기를 감소시키고 EGR 열교환기를 설치하는 것이며, 둘 다 EGR 열교환기의 설계에 영향을 미친다. 차량 제조업자는 고성능의 EGR 열교환기를 요구하지만, 동시에 교환기 및 그 구성요소를 설치할 수 있는 공간이 점차 축소되고 있고 열교환기를 통합하기 어려워진다.
게다가, 다양한 응용에서, 교환기의 출력이 증가했음에도 불구하고 배기 가스를 냉각시키기 위한 냉매의 유동은 감소되는 것으로 보인다.
시장의 EGR 교환기의 현재 구성은 일반적으로 스테인리스 강 또는 알루미늄으로 제작된 금속 열교환기에 대응한다.
기본적으로 2개의 유형의 EGR 열교환기가 있는데, 제 1 유형은 가스의 통과를 위한 병렬 튜브의 다발을 포함하는 케이싱으로 구성되어, 냉매가 튜브 주위의 케이싱 내에서 순환하고, 제 2 유형은 열교환기 표면을 형성하는 연속의 병렬 플레이트를 포함하여, 배기 가스 및 냉매가 교대 층 내의 2개의 플레이트 사이에서 흐르고, 열 교환을 향상시키는 립(rib)을 포함할 수 있다.
튜브의 다발을 포함하는 열교환기의 경우에 있어서, 튜브와 케이싱은 다양한 방법으로 결합될 수 있다. 일반적으로, 튜브는 그들 단부가 케이싱의 각 단부에 연결된 2개의 지지 플레이트 사이에 고정되고, 2개의 지지 플레이트는 각각의 튜브를 설치하기 위한 복수의 구멍을 구비한다.
상기 지지 플레이트는 교환기가 조립되는 재순환 라인의 설계에 따라 V자형 피팅(fitting) 또는 심지어 주변 연결 칼라(collar) 또는 플랜지로 구성할 수 있는 재순환 라인에 연결하기 위한 수단에 고정된다. 주변 칼라는 가스 탱크(gas tank)가 케이싱과 칼라 사이의 중간 부분이 되도록 가스 탱크와 결합되거나, 케이싱에 직접 결합될 수도 있다.
EGR 교환기의 2가지 유형에 있어서, 구성요소의 대부분은 금속으로 제작되고, 따라서 기계적 수단에 의해 결합되고, 그 다음 이러한 응용을 위해 적절한 실링(sealing)을 보장하도록 노내 용접(welded in a furnace) 또는 아크- 또는 레이저-용접(arc- or laser-welded)된다.
일부 EGR 교환기는 또한 배기 라인 내에 필터를 포함할 수 있고, 필터는 EGR 교환기 내에 포함된 내부 부분임에도, 보통은 독립적인 구성요소에 의해 형성된다.
유럽 특허 공보 제 2 273 095호는 교환기에 포함된 유체 필터를 포함하는 열 교환기에 있어서, 평평한 표면 위로 연장하는 필터 영역을 포함하는 필터에 관한 것이다. 필터는 커플링(coupling)으로서 설계되고 스크류 구성요소(screwing means)의 도움에 의해 연결 플랜지와 가스 탱크 사이에 위치한다.
유럽 특허 공보 제 2 194 351호는 배기 가스를 필터링 하기 위한 입자 필터(particle filter)를 포함하는 열 교환기에 있어서, 열 교환기의 가스 도입 튜브의 내에 구조적으로 포함된 필터에 관한 것이다.
프랑스 특허 공보 2 938 051호는 필터가 튜브 다발의 먼 에지 근방에 위치하도록 선택된 위치에 배치되는 필터를 포함하는 열 교환기에 관한 것이다.
그러나, 이러한 필터는 추가적인 커플링을 이용하고 스크류 구성요소의 도움에 의해 고정되는 것을 수반하므로, 어렵고 느린 조립 공정을 필요로 하는 결접이 있다. 나아가, 이 필터의 부피는 교환기의 크기를 증가시키는데, 이로 인해 교환기를 엔진 컴파트먼트(engine compartment)에 결합할 때 문제를 발생시킨다.
본 발명의 가스, 특히 엔진의 배기 가스를 위한 열교환기의 목적은, 더 저렴하고 교환기에 더 쉽게 결합하는 입자 필터를 제공함으로써, 종래 기술의 알려진 교환기의 단점을 극복하는 것이다.
본 발명의 가스, 특히 엔진의 배기 가스를 위한 열교환기는, 냉매와 열 교환을 수반하는 가스의 순환을 위한, 케이싱의 내측에 배열된 튜브의 다발, 케이싱의 한쪽 단부에 결합되고 가스 재순환 라인에 연결된 적어도 하나의 가스 탱크 및 가스 탱크와 연결되고, 배기 가스를 필터링 하기 위한 입자 필터를 포함하는 유형의 것이고, 열교환기는 필터가 가스 탱크에 연결되고, 교환기의 케이싱에 결합될 수 있는 단일의 불가분한 부분(single inseparable part)을 형성하는 것을 특징으로 한다.
이는 필터가 단일의 부분 내의 가스 탱크에 완전히 포함될 수 있게 하여, 교환기의 케이싱에 필터를 결합하는 것을 더 쉽게 한다.
유리하게는, 필터는 용접에 의해 가스 탱크에 포함된다. 이는, 공지의 필터의 경우에서처럼, 필터가 가스 탱크에 결합하기 위해, 필터가 금속 칼라 또는 중간의 패스닝(fastening)을 가질 필요도 없고, 스크류 구성요소를 필요하지 않기 때문에, 필터가 가스 탱크에 더 간단히 고정될 수 있게 한다.
가스 탱크는 또한 노내 납땜(furnace brazing)에 의해 열 교환기의 코어(core)에 직접 결합될 수 있고, 종래 기술에서처럼 스크류 구성요소의 도움에 의해 결합된 분리된 부분을 사용할 필요가 없다.
바람직하게, 필터는 스팟 용접(spot welding) 또는 아크 용접에 의해 가스 탱크에 연결된다.
선택적으로, 필터는 또한 노내 납땜에 의해 가스 탱크에 연결된다. 스팟 용접 또는 아크 용접에 의해 연결하는 것은 필터가 제대로 고정되었음을 보장하기에 일반적으로 충분하다. 그럼에도, 추가적인 노내 납땜의 도움으로 결합을 향상시키는 것이 가능하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 필터는 가스 탱크에 일체로 결합(integral joining)되기 위한 평평한 주변 윙(wing)을 갖는, 쟁반(tray) 모양의 오목한 스크린을 포함한다.
오목한 스크린 형태의 설계는 필터링 면적을 증대시키는 것이 가능하고, 또한, 주변 윙의 평평한 표면은 중간 부품이나 스크류 구성요소 없이 용접에 의해 필터를 가스 탱크에 더 쉽게 고정할 수 있게 한다.
유리하게는, 가스 탱크는, 그 내부에, 림(rim)을 윙에 연결할 목적으로 필터의 주변 윙을 수용하기 위해 평평한 주변 림을 포함한다. 이는 두 부분 사이의 영구적이고 탄탄한 용접 고정을 보장한다.
본 발명이 제공하는 장점은 다음과 같이 요약된다:
- 필터가, 동일한 물질로 제조되는 주변 윙을 포함하는 필터링 스크린으로만 형성되므로, 더 저렴하고 제조하기도 쉬운 필터를 얻을 수 있다. 그럼에도, 필요한 경우, 스크린 주위에 금속 면(metal plane)을 포함하는 것이 가능하다.
- 칼라, 커플링 및 스크류 수단을 포함할 필요성을 제거함으로써, 필터의 결합이 교환기의 설계를 단순화한다. 그 결과 조립 비용이 상당히 절감된다.
- 필터를 가스 탱크에 결합하는 것은 칼라 또는 다른 부품을 필요로 하는 다른 해결 방법에 비해 열 교환기가 더 작은 부피를 가지는 거을 의미한다.
- 부품의 개수가 감소함에 따라 교환기를 조립하는 공정이 단순화되고, 이는 또한 용접 공정이 스크류 구성요소를 포함하는 공정보다 훨씬 더 빠르기 때문이다.
상기 설명을 명확하게 하기 위해서, 본 발명의 가스, 특히 엔진의 배기 가스를 위한 열교환기의 실제적인 실시예를 단지 비한정적인 예시로서 그리고 개략적인 형태로 도시하는 도면이 첨부되어 있다.
도 1은 본 발명에 따른 가스 탱크에 결합된 필터를 도시하는 열 교환기의 일부의 개략 종단면도;
도 2는 본 발명에 따른 필터의 사시도;
도 3은 필터를 수용하기 위한 주변 결합 림을 도시하는 가스 탱크의 사시도;
도 4 및 5는 필터와 가스 탱크의 단면의 분해 조립 사시도;
도 6은 가스 탱크에 결합된 필터를 도시하는 도 4에 따른 사시도.
도 1은 냉매와 열 교환을 수반하는 가스의 순환을 위한, 케이싱(3)의 내측에 배열되고 가스 입구(4)와 출구를 구분짓는(delimiting) 튜브(2)의 다발을 포함하는 열 교환기(1)의 일부를 도시한다. 튜브(2)는 케이싱(3)의 각 단부에 결합된 2개의 지지 플레이트(5) 사이에 그 단부를 통해 고정된다.
이 경우, 교환기(1)는 가스 입구(4) 단부에서 케이싱(3)에 결합되고, 가스 재순환 라인에 연결된 가스 탱크(6)을 포함한다.
교환기(1)는 또한 교환기의 케이싱(3)에 결합될 수 있는 단일의 불가분한 부분을 형성하고, 가스 탱크(6)에 포함된, 배기 가스를 필터링 하기 위한 입자 필터(7)를 포함한다. 이러한 방법으로 단일의 부분을 얻음으로써, 교환기(1)의 케이싱(3)에 상기 부분을 연결하는 것이 더 쉬워진다.
필터(7)는 스팟 용접 또는 아크 용접에 의해 가스 탱크(6)에 결합된다. 이로인해, 가스 탱크(6)에 결합되기 위해, 필터가 금속 칼라 또는 중간의 패스닝을 가질 필요도 없고, 스크류 구성요소를 필요하지 않기 때문에, 필터(7)를 가스 탱크(6)에 더 쉽게 고정할 수 있다.
스팟 용접 또는 아크 용접에 의해 연결하는 것은 필터(7)가 제대로 고정되었음을 보장하기에 일반적으로 충분하다. 그럼에도, 가스 탱크(6)에의 필터(7)의 고정을 향상시키기 위해, 노내 납땜도 적용될 수 있다.
도 2 내지 6에 도시되어 있듯이, 필터(7)는 필터를 가스 탱크(6)에 일체로 결합하기 위한 평평한 주변 윙(9)을 갖는, 쟁반 모양의, 오목한 스크린(8)을 포함한다. 오목한 스크린(8) 형태의 설계는 필터링 면적을 증대시키는 것이 가능하고, 또한, 주변 윙(9)의 평평한 표면은 중간 부품이나 스크류 구성요소 없이 용접에 의해 필터(7)를 가스 탱크(6)에 더 쉽게 고정할 수 있게 한다.
가스 탱크(6)는, 그 내부에, 림을 윙에 연결할 목적으로 필터(7)의 주변 윙(9)을 수용하기 위해 평평한 주변 림(10)을 포함한다. 이는 두 부분 사이의 영구적이고 탄탄한 용접 고정을 보장한다.
가스 탱크(6)는 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 케이싱(3)의 림과 함께 끼워지고 결합되기 위한 다른 칼라(11)를 포함한다.

Claims (6)

  1. 가스, 특히 엔진의 배기 가스를 위한 열교환기(1)로서,
    냉매와 열 교환을 수반하는 가스의 순환을 위한, 케이싱(3)의 내측에 배열된 튜브(2)의 다발과,
    상기 케이싱(3)의 한쪽 단부에 결합되고 가스 재순환 라인에 연결된 적어도 하나의 가스 탱크(6)와,
    상기 가스 탱크(6)와 연결되고, 상기 배기 가스를 필터링 하기 위한 입자 필터(7)를 포함하고,
    상기 필터(7)는 상기 가스 탱크(6)에 연결되고, 상기 교환기(1)의 상기 케이싱(3)에 결합될 수 있는 단일의 불가분한 부분을 형성하는 것을 특징으로 하는
    열교환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터(7)는 용접에 의해 상기 가스 탱크(6)에 결합되는
    열교환기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 필터(7)는 스팟 용접 또는 아크 용접에 의해 상기 가스 탱크(6)에 연결되는
    열교환기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 필터(7)는 노내 납땜(furnace brazing)에 의해 더 연결되는
    열교환기.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필터(7)는 상기 가스 탱크(6)에 일체로 결합되기 위한 평평한 주변 윙(9)을 갖는, 쟁반 모양의 오목한 스크린(8)을 포함하는
    열교환기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 가스 탱크(6)는, 그 내부에, 림을 상기 윙에 연결할 목적으로 상기 필터(7)의 상기 주변 윙(9)을 수용하기 위해 평평한 주변 림(10)을 포함하는
    열교환기.
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