KR20150094993A - 히트 프로텍터 및 이의 제조 방법 - Google Patents

히트 프로텍터 및 이의 제조 방법 Download PDF

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KR20150094993A KR1020140015980A KR20140015980A KR20150094993A KR 20150094993 A KR20150094993 A KR 20150094993A KR 1020140015980 A KR1020140015980 A KR 1020140015980A KR 20140015980 A KR20140015980 A KR 20140015980A KR 20150094993 A KR20150094993 A KR 20150094993A
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Abstract

본 발명은 서로 엇갈리어 부분적으로 중첩되게 배치되는 복수 개의 단위 히트 프로텍터에 의하여 형성되는 히트 프로텍터에 있어서, 상기 단위 히트 프로텍터는 연속적으로 형성되는 복수 개의 차열 돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트 프로텍터 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 이에 따라, 단위 히트 프로텍터 및 차열 돌기에 의하여 차열(借烈) 및 차음(借音) 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

히트 프로텍터 및 이의 제조 방법{Heat protector and Manufacturing method of the same}
본 발명은 히트 프로텍터에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 차량용 매니폴드 등에서 발산되는 열에 의하여 주변 장치가 열적 피해를 입는 것을 방지하기 위한 히트 프로텍터 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차의 엔진은 연료를 연소시켜 동력을 발생시키는 것으로서, 연소실에서 배출되는 연소가스는 약 800℃~900℃ 정도에 이르는 고온이다.
각각의 연소실에서 배출되는 배기가스는 배기 매니폴드를 통해 한 곳으로 모인 다음 배기 파이프를 따라 대기중으로 배출된다. 그리고, 배기 파이프의 도중에는 촉매컨버터 및 소음기가 장착되어 배기가스 중에 포함된 오염물질을 정화하고, 대기중으로 방출되는 소음을 감쇠시킨다.
그리고, 상기한 배기 매니폴드와 배기 파이프를 통과하는 배기가스의 고열이 엔진룸과 차체 및 실내바닥에 전달되는 것을 방지하기 위해 배기 매니폴드와 배기 파이프는 그 상부를 히트 프로텍터(Heat protector)로 감싸게 된다.
이와 관련된 종래의 기술로는 대한민국등록특허 제10-0610089호인 '자동차의 히트 프로텍터'가 있다.
상기 자동차의 히트 프로텍터에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 스틸이나 알루미늄 재질로 이루어진 1 겹의 얇은 박판(3)을 배기 파이프의 형상으로 성형하여 열을 차단하도록 이루어져 있으며, 도 2에 도시한 바와 같이, 박판(3)에 엠보싱(Embossing) 처리를 하여 공기와 접촉하는 단면적을 넓힘으로써 열교환이 원활하게 이루어지게 하는 기술이 기재되어 있다.
그러나, 최근의 자동차들은 배기량이 증가하는 상황이기 때문에, 엔진으로부터 배출되는 배기가스에서 발생하는 열이 점차 상승하고 있다. 따라서, 도 1 및 도 2에 도시된 히트 프로텍터(2)로서는 배기가스의 열을 효과적으로 차단할 수 없다.
그에 따라, 열 차단 성능을 향상시킨 히트 프로텍터가 개발되고 있는 실정이다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 대류에 의한 열 전달은 뉴턴의 냉각법칙에 따르며, 열 전달율을 감소시키는 방법으로서는 열관류 계수의 감소, 단면적의 감소, 환경온도를 감소시키는 방법이 있는바, 이들 중 열저항을 증가시켜 열관류계수를 감소시키기는 방법을 이용한 히트 프로텍터 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 서로 엇갈리어 부분적으로 중첩되게 배치되는 복수 개의 단위 히트 프로텍터에 의하여 형성되는 히트 프로텍터에 있어서, 상기 단위 히트 프로텍터는 연속적으로 형성되는 복수 개의 차열 돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트 프로텍터에 의하여 달성된다.
바람직하게는, 상기 차열 돌기는 톱니 형상으로 형성되며, 부분적으로 중첩되게 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단위 히트 프로텍터는, 박판 형상의 금속 시트를 가압하여 형성되되, 상기 차열 돌기의 내측으로 공기가 유동하도록 형성된 유동 공간을 포함할 수 있다.
또한, 상기 금속 시트는 적어도 두 장의 금속 시트 박판을 상호 밀착시켜 성형하여 제조될 수 있다.
그리고, 상기 금속 시트는 알루미늄의 재질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 단위 히트 프로텍터의 중첩시, 어느 하나의 상기 단위 히트 프로텍터의 상기 유동 공간에 다른 하나의 상기 단위 히트 프로텍터의 상기 차열 돌기의 일 영역이 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적은 본 발명에 따라, (a) 박판 형상의 금속 시트를 가압하여 연속적으로 돌출되게 형성된 복수 개의 단위 히트 프로텍터를 포함하는 히트 프로텍터를 형성하는 단계; (b) 상기 단위 히트 프로텍터를 일방향으로 가압하여 부분적으로 중첩되게 하는 단계; (c) 상기 히트 프로텍터를 가압하여 상기 단위 히트 프로텍터의 길이방향을 따라 돌출되게 형성된 복수 개의 차열 돌기를 형성하는 단계; 및 (d) 상기 (c) 단계에 의하여 돌출된 상기 차열 돌기를 일방향으로 가압하여 부분적으로 중첩되게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트 프로텍터 제조 방법에 의하여 달성된다.
여기서, 상기 금속 시트는 적어도 두 장의 상기 금속 시트 박판을 상호 밀착시켜 성형하여 제조될 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 히트 프로텍터 및 이의 제조 방법은 단위 히트 프로텍터 및 차열 돌기의 돌출 형상에 의하여 상호 부분적 중첩 및 그에 따른 일 영역에서 이중 중첩을 형성함으로써 차열(借烈) 및 차음(借音) 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 적어도 두 개의 금속 시트를 가압 성형하여 히트 프로텍터를 형성할 수 있기 때문에, 내구성 및 열 차단 효과가 상승된다.
또한, 적어도 두 개의 금속 시트를 가압 성형하더라도 단위 히트 프로텍터 및 차열 돌기의 형상에 의하여 두 개의 금속 시트 간 견고한 형상 유지가 가능하다. 따라서, 프레스 성형시 두 개의 금속 시트가 서로 쉽게 분리되는 성형상 단점을 극복할 수 있다.
또한, 상기 히트 프로텍터는 금속 시트를 이용하기 때문에, 차열 돌기의 형성 후 프레스 성형과 같은 후 성형이 용이하다.
또한, 단위 히트 프로텍터 및 차열 돌기의 형상에 따라 에어 갭(air gap)이 형성되기 때문에 열 저항을 증가시킴으로써 열 응력을 감소시켜, 열 차단 효율을 높일 수 있다.
도 1은 일반적인 자동차의 히트 프로텍터를 나타내는 도면이고,
도 2는 도 1의 A-A 방향에 대한 단면도이고,
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 히트 프로텍터를 나타내는 도면이고,
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 단위 히트 프로텍터 간의 배치 관계를 나타내는 도면이고,
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 히트 프로텍터의 열 차단 원리를 나타내는 도면이고,
도 6 및 도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 히트 프로텍터 제조 방법을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 기술적 과제에 관한 해결 방안을 명확화하기 위해 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련 공지기술에 관한 설명이 오히려 본 발명의 요지를 불명료하게 하는 경우 그에 관한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 설계자, 제조자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있을 것이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 도면번호(참조번호)로 표시된 부분은 동일한 요소들을 나타낸다.
이하, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 히트 프로텍터 및 이의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 3 및 도 4를 참조하여 살펴보면, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 히트 프로텍터(1)는 서로 엇갈리어 부분적으로 중첩되게 배치되는 복수 개의 단위 히트 프로텍터(10)에 의하여 형성된다.
도 5를 참조하여 살펴보면, 고온 유체로부터 고체를 통과하여 저온 유체로 열이 이동할 때, 내부의 고온 유체의 온도가 T1, 외부의 저온 유체의 온도가 T4, 내부 경막 전열계수가 hi, 외부경막 전열계수가 ho, 면적이 A인 평판을 통한 열전달 속도식은 하기의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. 그리고, 비례상수 k는 연전도도이다. 따라서, k 값이 클수록 연전도가 잘된다.
Figure pat00001
이때, R1=1/h1A, R1=△xA/kAA, R3=1/h0A라 하면,
Figure pat00002
의 수학식 2를 도출할 수 있다. 그리고, 분모와 분자에 벽면의 면적을 곱하면 하기의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다. 여기서,U는 총열전달계수(W/m2.K)이다.
Figure pat00003
상기 수학식과 같이, 고온의 유체로부터 저온의 유체로 열이 이동할 때, 고체 벽면의 수가 증가할수록 열 차단효과는 향상되는바, 상기 복수 개의 단위 히트 프로텍터(10)는 부분적으로 중첩되게 배치되기 때문에, 열 차단효과가 향상됨을 인지할 수 있다.
따라서, 본 발명의 단위 히트 프로텍터(10)의 사이에는 부분적 중첩 및 부분적 중첩에 따른 에어 갭(air gap)이 형성되어 열 차단 효과는 더욱 향상된다.
한편, 단위 히트 프로텍터(10)는 연속적으로 형성되는 복수 개의 차열 돌기(11)를 포함할 수 있다.
여기서, 차열 돌기(11)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 톱니 형상으로 형성될 수 있으며, 부분적으로 중첩되게 배치될 수 있다. 즉, 차열 돌기(11) 중 어느 하나의 선단은 인접한 다른 하나의 차열 돌기(11)의 일 영역을 덮도록 형성될 수 있다. 본 발명에 있어서, 단위 히트 프로텍터(10)는 연속적으로 형성된 복수 개의 차열 돌기(11)를 그 예로 하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 기 설정된 간격으로 형성되되, 다른 차열 돌기(11)의 일 영역을 덮도록 차열 돌기(11)가 형성될 수 있음은 물론이다.
또한, 히트 프로텍터(1)는 박판 형상의 금속 시트(4)를 가압하여 형성될 수 있는바, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 단위 히트 프로텍터(10)의 차열 돌기(11)의 내측으로는 공기가 유동하도록 유동 공간(12)이 형성될 수 있다.
따라서, 단위 히트 프로텍터(10)의 중첩시, 도 5에 도시된 바와 같이, 어느 하나의 단위 히트 프로텍터(10)의 유동 공간(12)에는 다른 하나의 차열 돌기(11)가 배치되어 열 차단 효과를 향상시킨다.
박판 형상의 금속 시트(4)는 적어도 두 장의 금속 시트 박판을 상호 밀착시켜 성형하여 제조할 수 있다. 즉, 제1 금속 시트 박판(4a)과 제2 금속 시트 박판(4b)을 겹쳐지게 배치하여 형성한다. 그에 따라, 금속 시트(4)의 내구성은 향상된다.
그리고, 중첩된 각각의 금속 시트 박판(4a, 4b) 사이에는 미세하지만 에어 갭(air gap)이 형성되어 열 차단 효과를 더욱 향상시키게 된다.
본 발명은 적어도 두 개의 금속 시트 박판(4a, 4b)을 중첩시켜 형성된 것을 그 예로 하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 내구성 등을 고려하여 두 개 이상의 금속 시트 박판(4a, 4b)을 중첩시켜 형성될 수 있음은 물론이다.
그리고, 단위 히트 프로텍터(10)는 적어도 두 개의 금속 시트 박판(4a, 4b)을 중첩시켜 형성하더라도, 가압에 의하여 형성되는 차열 돌기(11)의 형상에 의하여 두 개의 금속 시트 박판(4a, 4b) 간 견고한 형상 유지가 가능하다. 따라서, 프레스 성형시 두 개의 금속 시트가 서로 쉽게 분리되는 성형상 단점을 극복할 수 있다.
여기서, 금속 시트(4)는 알루미늄의 재질로 형성될 수 있다. 예컨데, 금속 시트(4)의 재질로는 연성 알루미늄 합금인 EN AW-1050과 높은 강도를 가진 알루미늄 합금 또는 EN AW-3003, EN AW-5052, EN AW-5182이 사용될 수 있다.
상기 알루미늄 합금은 우수한 내식성, 냉간 성형성, 충분한 인장 강도, 우수한 에너지 흡수성 등을 갖는다. 그리고, 넓은 범위에서 사용되는 EN AW-1050과 달리 EN AW-3003, EN AW-5052, EN AW-5182은 높은 에너지 흡수를 필요로 할 때 사용될 수 있다.
종합해보면, 본 발명의 히트 프로텍터(1)는 단위 히트 프로텍터(10) 간 상호 엇갈리어 부분적으로 중첩되게 형성됨과 동시에 단위 히트 프로텍터(10)의 차열 돌기(11) 간에도 상호 엇갈리어 부분적으로 중첩되게 형성된다.
따라서, 상기 히트 프로텍터(1)는, 고온에서 저온으로 열의 전달시, 단위 히트 프로텍터(10) 상호간 및 차열 돌기(11) 상호간 부분적인 중첩에 의하여 가열 차단 효과를 증대시킬 수 있다.
이하, 도 6 및 도 7을 참조하여, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 히트 프로텍터 제조 방법에 대하여 살펴보기로 한다.
상기 히트 프로텍터 제조 방법(S1)은, 도 6에 도시된 바와 같이, (a) 박판 형상의 금속 시트를 가압하여 연속적으로 돌출되게 형성된 복수 개의 단위 히트 프로텍터를 포함하는 히트 프로텍터를 형성하는 단계(S10); (b) 상기 단위 히트 프로텍터를 일방향으로 가압하여 부분적으로 중첩되게 하는 단계(S20); (c) 상기 히트 프로텍터를 가압하여 상기 단위 히트 프로텍터의 길이방향을 따라 돌출되게 형성된 복수 개의 차열 돌기를 형성하는 단계; 및 (d) 상기 (c) 단계에 의하여 돌출된 상기 차열 돌기를 일방향으로 가압하여 부분적으로 중첩되게 하는 단계(S40)를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 단위 히트 프로텍터를 포함하는 히트 프로텍터를 형성하는 단계(S10)에서는, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 금속 시트(4)의 일 방향 또는 양 방향을 가압하여 중첩 전의 단위 히트 프로텍터(10)를 형성한다. 따라서, 돌출되게 형성된 단위 히트 프로텍터(10)의 내측에는 공기가 유동할 수 있는 유동 공간(12)이 형성된다.
즉, 금속 시트(4)를 프레스 장치를 이용하여 가압하거나, 금속 시트(4)를 수직 방향 및 역방향으로 순차적인 절곡을 수행함으로써, 톱니 형상의 단위 히트 프로텍터(10)과 유동 공간(12)을 형성할 수 있다.
상기 단위 히트 프로텍터를 일방향으로 가압하여 부분적으로 중첩되게 하는 단계(S20)에서는, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 단위 히트 프로텍터(10)을 일방향으로 가압한다. 예컨데, 롤러 등을 이용하여 단위 히트 프로텍터(10)의 선단측을 가압하여 단위 히트 프로텍터(10)를 일방향으로 경사지게 절곡시킨다.
상기 복수 개의 차열 돌기를 형성하는 단계(S30)에서는, 도 7의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 히트 프로텍터를 가압하여 단위 히트 프로텍터(10)의 길이 방향을 따라 중첩 전의 복수 개의 차열 돌기(11)를 돌출되게 형성한다. 따라서, 돌출되게 형성된 차열 돌기(11)의 내측에는 공기가 유동할 수 있는 유동 공간(12)이 형성된다.
즉, 상기 S20단계에서 형성된 상기 히트 프로텍터는 프레스 장치를 이용하여 가압하거나, 수직 방향 및 역방향으로 순차적인 절곡을 수행함으로써, 톱니 형상의 차열 돌기(11)와 유동 공간(12)을 형성할 수 있다.
상기 S30단계에서는 상기 S20단계에서 형성된 상기 히트 프로텍터를 90도 회전시켜 가압하는 것을 그 예로 하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 30도 또는 45도 등 다양한 각도로 회전시켜 가압할 수 있음은 물론이다.
상기 돌출된 상기 차열 돌기를 일방향으로 가압하여 부분적으로 중첩되게 하는 단계(S40)에서는, 도 7의 (d)에 도시된 바와 같이, 상기 S30단계에 의하여 돌출된 차열 돌기(11)를 일방향으로 가압한다. 예컨데, 롤러 등을 이용하여 차열 돌기(11)의 선단측을 가압하여 차열 돌기(11)를 일방향으로 경사지게 절곡시킨다.
따라서, 상기 히트 프로텍터 제조 방법(S1)에 의해서 금속 시트(4)를 이용하여 성형함으로써, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 히트 프로텍터(1)를 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 다양한 실시 예들은, 당해 기술 분야는 물론 관련 기술 분야에서 본 명세서에 언급된 내용 이외의 다른 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음은 물론이다.
지금까지 본 발명에 대해 실시 예들을 참고하여 설명하였다. 그러나 당업자라면 본 발명의 본질적인 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위에서 본 발명이 변형된 형태로 구현될 수 있음을 자명하게 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 즉, 본 발명의 진정한 기술적 범위는 첨부된 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 균등범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 히트 프로텍터 4 : 금속 시트
10 : 단위 히트 프로텍터 11 : 차열 돌기
12 : 유동 공간

Claims (8)

  1. 서로 엇갈리어 부분적으로 중첩되게 배치되는 복수 개의 단위 히트 프로텍터에 의하여 형성되는 히트 프로텍터에 있어서,
    상기 단위 히트 프로텍터는 연속적으로 형성되는 복수 개의 차열 돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트 프로텍터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차열 돌기는 톱니 형상으로 형성되며, 부분적으로 중첩되게 배치되는 것을 특징으로 하는 히트 프로텍터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 단위 히트 프로텍터는, 박판 형상의 금속 시트를 가압하여 형성되되, 상기 차열 돌기의 내측으로 공기가 유동하도록 형성된 유동 공간을 포함하는 것을 특징으로 하는 히트 프로텍터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 금속 시트는 적어도 두 장의 금속 시트 박판을 상호 밀착시켜 성형하여 제조되는 것을 특징으로 하는 히트 프로텍터.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 금속 시트는 알루미늄의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 히트 프로텍터.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 단위 히트 프로텍터의 중첩시, 어느 하나의 상기 단위 히트 프로텍터의 상기 유동 공간에 다른 하나의 상기 단위 히트 프로텍터의 상기 차열 돌기의 일 영역이 배치되는 것을 특징으로 하는 히트 프로텍터.
  7. (a) 박판 형상의 금속 시트를 가압하여 연속적으로 돌출되게 형성된 복수 개의 단위 히트 프로텍터를 포함하는 히트 프로텍터를 형성하는 단계;
    (b) 상기 단위 히트 프로텍터를 일방향으로 가압하여 부분적으로 중첩되게 하는 단계;
    (c) 상기 히트 프로텍터를 가압하여 상기 단위 히트 프로텍터의 길이방향을 따라 돌출되게 형성된 복수 개의 차열 돌기를 형성하는 단계; 및
    (d) 상기 (c) 단계에 의하여 돌출된 상기 차열 돌기를 일방향으로 가압하여 부분적으로 중첩되게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트 프로텍터 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 금속 시트는 적어도 두 장의 상기 금속 시트 박판을 상호 밀착시켜 성형하여 제조되는 것을 특징으로 하는 히트 프로텍터 제조 방법.
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