KR20150132008A

KR20150132008A - 열교환 장치

Info

Publication number: KR20150132008A
Application number: KR1020150067574A
Authority: KR
Inventors: 피네로 로사다 시몬; 프리에또 도밍구에즈 로돌포; 조셉 에르미다 도밍구에즈 존
Original assignee: 보그워너 에미션스 시스템스 스페인, 에스.엘.유.
Priority date: 2014-05-16
Filing date: 2015-05-14
Publication date: 2015-11-25
Also published as: EP2944913B1; CN105089860A; US20150330712A1; EP2944913A1

Abstract

본 발명은 열교환 장치에 관한 것으로서, 특히 배기가스재순환(egr; exhaust gas recirculation) 시스템들에서 재순환 가스를 냉각하는데 적절하며, 바이패스 배관 및 바이패스 밸브와 함께 열교환기가 결합된 구조적 형태를 가지며, 상기 장치를 형성하는 대부분의 부분들이 압축형 금속판으로 동일하게 제조할 수 있게 하여, 제조비용을 절감할 수 있다.

Description

열교환 장치{DEVICE FOR HEAT EXCHANGE}

본 발명은 열교환 장치에 관한 것으로써, 특히 배기가스재순환(EGR ; Exhaust Gas Recirculation) 시스템들에서 재순환 가스를 냉각하는데 적절하며, 바이패스 배관 및 바이패스 밸브와 함께 열교환기가 결합된 구조적 형태를 가지며, 상기 장치를 형성하는 대부분의 부분들이 타출 판금으로 동일하게 제조할 수 있게 하여, 제조비용을 절감할 수 있다.

배기가스 재순환(EGR) 시스템들을 위한 열교환 장치는, 재순환 가스가 흡입으로 재도입되기에 적합한 온도에 도달할 때까지 내연기관에서 연소에 의해 발생하는 재순환 가스의 냉각을 위해 의도된 장치이다. 재순환 가스의 재도입은, 연소실로 들어가는 산소량을 줄여주어, 그 결과로 산화질소 배출이 감소된다.

배기가스 냉각은, 엔진이 금방 가동되어 온도가 너무 낮을 때에는 적합하지 않다. 압축물의 잔존은, 매우 심각한 엔진 손상을 일으키기 때문에 최대한 짧은 시간 안에 엔진과 특정 배관을 특정 온도에 도달시키는 것이 이롭다.

이러한 상태에서 상기 배기가스의 냉각을 방지하기 위해, EGR 시스템의 열교환기는, 바이패스 밸브의 위치에 따라 개방되는 바이패스 배관을 갖고 있다. 상기 배기가스는, 상기 열교환기에서 순환하는 냉각수에 열을 발산하지 않고 상기 바이패스 배관을 통하여 통과한다.

상기 바이패스 밸브의 구조는, 통상적으로 사출 또는 용융 금속 부분들 위에 만들어진 시트들을 갖고 있는데, 상기 금속 부분들은, 상기 밸브의 가동 부분들의 적절한 작동과 상기 시트들 위에서 플랩(flap)에 의한 정확한 폐쇄를 보장하기 위해 가공된다.

사출 또는 용융, 그리고 차후에 조립하여 얻어지는 상기 금속 부분들을 제조하는 것은, 타출과 같은 다른 유형의 기술들에 비하여 비용이 많이 든다. 그럼에도 불구하고, 타출은, 각각의 타출 부분들에 적용될 수 있는 형태에 의해 극히 제한된다.

본 발명의 목적은, 바이패스 배관 및 바이패스 밸브를 포함하는 열교환기 구조를 제공하며, 대부분의 부분들이 타출 판금으로 동일하게 제조할 수 있게 하여 제조비용을 절감하는 데에 있다.

상기 열교환 장치는, 제1유체와 제2유체 사이의 교환을 구축한다. 보다 바람직한 예로서, 제1유체는, EGR 시스템을 가진 내연기관에서 흡입 매니폴드(manifold)로 재도입 되기 위해 냉각될 가스이고; 제2유체는, 가스에 의해 발산되는 열을 흡수하는 냉각수이다. 상기 열교환 장치는, 제1유체의 배관과 내연기관에 존재하는 제2유체의 배관 사이에 개재된다.

상기 교환기의 대부분의 부분들이 금형 절삭과/또는 프레스 판금으로 생산될 수 있는 구조로 구축함으로써 제조비용을 절감하는 것은, 특히 흥미롭다. 본 발명이 판금으로 상기 교환기의 부분을 제조할 수 있는 구조를 구축하더라도, 판금에 상기 제조를 할 수 있는 몇몇 부분들은 사출 또는 가공 기술에 의하여 재생산될 수 있기 때문에, 표현 "제조될 수 있다"가 사용되며, 이는 그 자체로 상기 발명이 재생산되지 않는다는 것을 의미하는 것은 아니다.

상기 열교환기는, 다음을 포함한다:

- 관 형태를 가진 판금 쉘(1),

- 서로 간격을 두고 상기 판금 쉘(1)에 조립된 제1판금 배플(3)과 제2판금 배플(4),

- 종방향 X-X'를 따라 적어도 상기 제1배플(3)에서 상기 제2배플(4)까지 연장되는 배관(2)들의 다발,

- 적어도 상기 제1배플(3)로부터 상기 제2배플(4)까지 연장되고 그것이 상기 배관(2)들의 다발과 평행한 바이패스 배관(5).

상기 쉘의 관 형태는, 가장 포괄적인 의미로 해석되어야만 하고, 상기 관상체의 단면은 모면(母面)이고, 상기 종방향은 준선(準線)이다. 일 예로써, 상기 판금 쉘의 상기 관 형태는, 서로 부착되는 두 개의 U자 모양의 타출 판금 본체에 의해 형성될 수 있는데, 이는 정사각형 또는 직사각형 단면을 갖는 관 형태를 형성한다.

이는 상기 배관들의 다발 표시의 사용에 동일하게 적용된다. 일 예로써, 상기 배관들의 다발은 관들의 다발, 하이브리드 관들의 다발로 형성될 수 있으며, 각각은 평평한 단면 또는 타원형 단면을 가지며, 또는 각각은 용접에 의해 차후에 서로 부착될 두 개의 절반 부분을 타출(stamping) 함으로써 획득될 수 있다. 또한 상기 배관들의 다발은 타출 판금들의 적층(stack)에 의하여 형성된 다발로서 이해될 수 있고, 교환 핀들(fins)을 가질 수 있으며, 상기 배관들의 다발을 형성한다.

상기 제2유체, 보다 바람직한 예로서, 냉각수는, 배관들의 다발의 배관들에 접촉하는 쉘의 내부를 통하여 흐른다. 상기 제1유체, 보다 바람직한 예로서 냉각될 가스는, 통상적으로 상기 배관들의 다발을 통하여 순환한다. 그 결과로 상기 배관들의 다발의 배관들의 표면은 제1유체에서 제2유체로의 열전달을 위한 교환 표면이 된다.

상기 바이패스 배관은, 배관들의 다발에 평행하게 배치된다. 상기 바이패스 배관은, 상기 플랩의 위치에 따라, 상기 제1유체가 부분적으로 또는 완전히 통과할 수 있는 크기가 되고, 따라서 상기 배관들의 다발의 배관들을 통하여 상기 제1유체가 완전히 또는 부분적인 통과를 방지하고, 그리하여 상기 제1유체의 냉각을 방지한다. 상기 바이패스 배관이 큰 지름을 갖을 때, 심지어 그것이 제2유체 또는 냉각수에 잠겼더라도, 순환하는 제2유체의 부피와 상기 제2유체에 대한 교환 표면 사이의 비율은 높으며, 따라서 열전달이 작으며, 그리고 비록 냉각이 발생하더라도, 지적된 작은 열전달을 고려하면 상기 바이패스 배관의 불완전한 절연에 기인한 비용 절감이 타당해 질 수 있다. 다른 관점에서 보면, 상기 바이패스 배관은 상기 배관들의 다발의 배관들의 지름보다 더 큰 지름을 가지며, 그 결과로 상기 교환 표면과 유동 사이의 비율이 이 경우에는 훨씬 낮고, 훨씬 낮은 정도의 열전달을 야기한다. 상기 바이패스 배관을 통한 가스 유동 전환은, 상기 가스 유동으로부터 제거된 열을 심하게 감소시키는데 관여한다.

다른 실시예들에 따르면, 상기 바이패스 배관은 다른 배관 또는 더 큰 지름을 가진 관의 내부에 위치하고, 챔버 안에서 제1유체와 제2유체 사이의 열전달 용량을 심하게 감소시킨다.

- 상기 판금 쉘에 둘 다 배치되며, 상기 배관들의 다발의 냉각을 위하여 상기 제1배플과 제2배플 사이에 위치한 공간으로 접근이 가능하도록 하는 제2유체를 위한 유체 교환 유입구와 유체 교환 유출구.

다양한 실시예들에서, 상기 유체 교환은, 상기 제1유체에 의해 제공된 열을 배출시키는 상기 교환기를 통해 제2유체가 순환할 수 있게 한다. 상기 제2유체를 위한 유체 교환 유입구와 유출구의 상기 쉘에서의 위치는, 끝 배플들, 즉 상기 배관들의 다발과 상기 바이패스 배관이 그 사이에서 연장되는 배플들 사이에서 축방향 또는 종방향 X-X'에 따라 위치한 포인트들에서 발견된다. 이와 같이 상기 제2유체는, 상기 쉘 안에 위치한 공간 내부, 상기 배관들의 다발의 배관들과 상기 바이패스 배관의 외부, 그리고 두 배플들 사이를 통해 순환한다.

- 상기 배관들의 다발과 상기 바이패스 배관의 끝단들 중의 하나에 배치된 제1유체 교환 유입구/유출구, 그리고 상기 배관들의 다발과 상기 바이패스 배관의 반대쪽 끝단에 배치된 제2유체 교환 유입구/유출구, 상기 배관들의 다발을 통해, 상기 바이패스 배관을 통해 또는 둘 다를 통해, 상기 제1유체 교환 유입구/유출구 모두가 제1유체에 접근이 가능하도록 한다.

대부분의 예들에서, 상기 쉘의 끝단들은, 캐비티를 형성하는 관상 쉘의 끝단들의 폐쇄를 위한 폐쇄부분들로서의 형태가 되는 매니폴드를 포함하거나, 상기 쉘의 관상체를 연장하여 중간 챔버를 형성하기 위한 공간을 형성한다. 상기 두 번째 경우에 있어서, 아래에서 설명될 실시예들에서, 상기 챔버는, 끝단 커버에 의해 폐쇄된다. 상기 폐쇄 부분들 및 상기 커버들 모두 또한 타출 부분들이다.

- 상기 관상형 판금 쉘은, 상기 제2배플 이상으로 종방향으로 연장되어 밸브를 포함할 수 있도록 챔버를 형성하며, 상기 밸브는 상기 챔버의 외부로부터 작동이 가능하며, 적어도 상기 바이패스 배관을 폐쇄하는데 적합하며, 그리고 상기 밸브는 상기 판금 쉘에 부착되고 상기 쉘에 대해 회전가능한 샤프트를 포함하고 상기 챔버로 연장되어, 상기 샤프트가 상기 바이패스 배관의 폐쇄를 위해 상기 바이패스배관의 끝단의 경계 에지에 위치되는데 적합한 판금 플랩을 포함한다.

몇몇의 실시예에 따르면, 상기 관상 쉘은 하나 이상의 단(段; step)들을 갖고 그에 따라 상기 관상체는 더 큰 지름을 갖는다. 이 단(段)들은 본 명세서에서 확장들로서 식별되고, 확장이라 함은 지름에 있어서의 변화로서 이해되어야 한다. 큰 것에서 작은 것으로 또는 그 반대, 작은 것에서 큰 것으로의 지름에 있어서의 변화는 선택된 방향에 따른다. 모든 예들에서, 단(段)에 관한 확장이라는 용어의 사용은 상기한 가장 광의의 의미 즉 단(段) 형성을 생성하는 지름에 있어서의 변화로 이해되어야 한다. 지름이라는 용어가 사용될 때, 그것은 특징적 치수로서 해석되어야 한다, 즉 만약 단면이 원형 단면이면, 그것은 분명히 원주의 지름이고, 만약에 단면이 사각형 단면이나 다른 형태의 단면이면, 단(段; 단차) 형성에 있어서 상기 단면의 변화를 고려한 치수를 구축하는 것이 가능하다.

일 실시예에 따르면, 이 단차 모양의 형태는 타출에 의하여 생성된다. 상기 단(段)은 상기 배플들 중 하나를 수용하고, 상기 쉘 내부에서 상기 배플의 위치를 결정할 수 있게 한다. 그것의 위치는 하기의 예들에서 설명될 것이다. 이 해결 수단은, 중간 챔버가 상기 배플로부터 상기 폐쇄 커버까지로 한정되는 상기 예들의 바람직한 해결 수단이다.

나타낸 바와 같이, 몇몇의 실시예들에 의하면, 상기 하나 이상의 단(段)들은 상기 관상체의 더 작은 지름을 생성한다. 상기 단(段)은 조립되는 동안 그 안에 맞추어 넣은 부분들의 정확한 위치를 자동적으로 구축하기 때문에 신속한 조립을 할 수 있게 한다.

몇몇 실시예들에 따르면, 상기 관상형 쉘은 그 길이에 따라 동일한 지름을 갖어서, 쉘 제조 비용을 절감한다.

폐쇄 커버, 또는 매니폴드 라는 표현의 사용은, 상기 타출작동(stamping operation)이 평판을 생성하는지 여부 또는 상기 캐비티가 내부 캐비티 생성하고 그래서 중간 챔버를 생성하는지 여부에 근거하여 주로 결정된다. 상기 폐쇄 커버, 상기 매니폴드 또는 둘 다는 상기 관상형 쉘의 끝단을 폐쇄하는 폐쇄 수단이다.

상기 밸브는, 또한 주로 판금으로 제조된다. 실시예들에 따르면, 상기 베이스는 상기 쉘의 외부 표면의 곡률을 가지는 판금 구조를 가진다. 상기 베이스는 브레이징으로 상기 쉘에 부착되는 것이 바람직하다. 본 발명의 가능한 각 실시예들에서 레이저 용접과 같은 다른 용접 기술들은 다른 가능한 작동 모드들이다. 상기 밸브의 샤프트(shaft)의 서포트(support)는 상기 베이스로 부터 나와, 상기 챔버로 연장된다. 상기 실시예들에서, 상기 샤프트는 캔틸레버(cantilever) 방식으로 배치되고, 상기 열교환기의 횡방향 투사에 따라 상기 바이패스 배관의 끝단의 일측으로 연장된다. 그리하여 상기 샤프트의 회전은 상기 샤프트와 일체화 된 플랩의 움직임을 생성하며, 그 결과로 상기 위치들 중의 하나에서, 상기 플랩은 상기 바이패스 배관을 폐쇄하기 위해 상기 바이패스 배관의 끝단의 경계 에지(edge)에 놓여진다. 이 폐쇄 위치에서는, 상기 제1유체가 상기 관들의 다발을 완전히 통과하고, 다른 임의의 위치에서는, 상기 바이패스 배관을 통한 제1유체의 통과가 허용된다. 다른 실시예들에 따르면, 상기 샤프트는 캔틸레버 방식으로 배치되지 않을 수도 있고, 상기 쉘의 두 포인트들에 대하여 회전할 수 있는 서포트를 가질 수도 있으며, 그 결과로 상기 샤프트는 양쪽 포인트들 사이에서 상기 챔버 내부로 연장되며, 그렇게 함으로써 강건성이 증대된다. 부가적으로, 캔틸레버 형태의 사용은 상기 샤프트와 일체화된 플랩의 정확한 위치에 관련된 파라미터들을 줄여주고, 상기 폐쇄 시트에 대해 좀 더 바람직한 위치를 허용한다.

다른 이점들 중에서, 상기 바이패스 배관의 경계 에지를 사용하면 용융 부분들로 제작된 시트들(seats)의 가공이 불필요하게 된다. 그러나, 상기 경계 에지는 하나 이상의 부분의 복잡한 형태, 일 예로써 상기 바이패스 배관이 제1유체로 열을 전달하지 않도록 절연체로써 역할을 하는 상기 관상체에 따라서 상기 바이패스 배관을 연장하는 추가의 관상체들에 위해 형성될 수 있다.

몇몇 실시예들에 따르면, 상기 밸브의 플랩은 타출 판금으로부터 얻어지고, 상기 타출 판금은 상기 바이패스 배관에 부분적으로 들어가도록 적절한 볼록한 표면을 가지며, 이 볼록한 형태는 상기 플랩에 더 큰 강성을 제공한다.

본 발명은 EGR(Exhause Gas Recirculation)시스템들에서 재순환 가스 냉각에 적절하며, 바이패스 배관 및 바이패스 밸브와 함께 열교환기가 결합된 구조적 형태를 가지며, 상기 장치를 형성하는 대부분의 부분들이 타출 판금으로 통일하게 제조할 수 있게 하여, 제조비용을 절감할 수 있다.

본 발명의 상기한 것과 다른 이점들과 특징들은 첨부한 도면에 관한 도해와 제한없는 예에 의해 제시된 바람직한 실시예의 하기의 상세한 설명으로부터 보다 잘 이해될 것이다.
도 1은, 본 발명의 제1실시예의 분해 사시도를 보여준다. 본 실시예에서, 상기 밸브는 상기 바이패스 배관 만을 폐쇄하게 한다.
도 2는, 상기 챔버의 내부로 접근이 가능한 끝단 커버를 제외한 조립된 부분들을 가지는 도 1에서의 동일한 실시예의 사시도를 보여준다.
도 3은, 앞선 도면들에서와 동일한 실시예의 입면도를 보여주며, 왼쪽에 단면 A-A를 나타낸다. A-A 횡단면은 상기 밸브의 샤프트를 가로지른다.
도 4A-도 4B는, 종단면에 따라서 앞선 도면들에서와 동일한 실시예의 입면도를 나타낸다. 상기 바이패스 배관을 개방하는 제1위치와 상기 바이패스 배관을 폐쇄하는 제2위치가 이 두 단면들에서 보여진다.
도 5는 본 발명의 제2실시예의 분해 사시도를 보여준다. 본 실시예에서, 상기 바이패스 배관을 통한 통과가 허용될 수 있는 특별한 형태를 가진 관들의 다발의 관들을 폐쇄하도록 하는, 타출 판금 부분이 포함된다. 이 부분의 특별한 형태는, 상기 밸브가 상기 바이패스 배관으로의 통과와 상기 관들의 다발의 관들로의 통과 둘 다를 폐쇄할 수 있게 한다.
도 6은, 끝단 커버를 제외한 부분들 및 밸브를 생성하는 부분들의 조립을 가지는 동일한 제2실시예의 사시도를 보여준다. 이러한 부분들은 분해도로 도시되었다.
도 7A-도 7B는, 종방향 단면에 따른 동일한 제2실시예의 입면도를 보여준다. 상기 관들의 다발의 관들을 폐쇄하고 상기 바이패스 배관을 개방하는 제1위치와, 상기 바이패스 배관을 폐쇄하고 상기 관들의 다발의 관들을 통한 통로를 개방하는 제2위치가 이 두 개의 단면들에 도시되었다.
도 8은, 본 발명의 제3실시예의 부분 분해 사시도를 나타낸다. 본 사시도는, 분해 도면으로서 그 최종 위치에서의 모든 부품들과 상기 밸브 및 상기 패쇄 커버와 관련된 구성들만을 보여준다. 상기 밸브의 상기 시트는, 본 실시예에서 변경되어, 상기 샤프트가 천공을 통과하지 않고, 오히려 그루브를 통과한다. 이러한 구성 변화는, 상기 구성들의 보다 빠른 조립을 가능하게 한다.
도 9는 동일한 제3실시예의 사시도를 보여주는데, 최종위치에서의 상기 밸브및 그 구조가 보여지도록 부분적으로 단면처리하였다.

본 발명의 제1측면에 따르면, 본 발명은, 제1유체와 제2유체 사이의 열교환을 위한 장치이다. 실시예들은 3개의 EGR 교환기들을 나타내는데, 상기 3개의 예들에서 제1유체는, 냉각수인 제2유체에 열을 전달함으로써 냉각되는 재순환 가스이다.

상기 3개의 실시예들에서, 상기 열교환기는, 바이패스 배관과, 뿐만 아니라 상기 바이패스 배관을 폐쇄하기 위한 폐쇄 밸브를 포함한다. 상기 열교환기의 구성들과 상기 밸브의 대부분의 구성들은 타출(stamping)에 의하여 형성된 판금으로 제작된다.

도 1은 단순한 구조를 갖는 제1실시예를 보여준다. 실시예에 따르면, 상기 열교환기의 본체는, 관 형태를 갖는 판금 쉘(1)에 의해 형성된다. 상기 판금 쉘(1)은 그 끝단들의 하나, 도면에서 오른쪽에 보여진 끝단에 확장 단(段)(1.1)을 갖는데, 이는 더 큰 지름을 갖는 끝단 부분을 생성한다.

상기 단(段)(1.1)은 더 큰 지름을 갖는 끝단 부분을 설정하는데, 이는 그것이 커버(9)로 인해 닫혔을 때 챔버(C)를 구축한다.

상기 판금 쉘(1)의 반대 끝단도 마찬가지로 끝단에 링 형태의 단(段)(1.7)을 갖는다. 제1판금 배플(3)과 제2판금 배플(4)은 상기 확장 단(段)(1.1)과 상기 링 형태의 단(段)(1.7)에 수용된다.

상기 제1 및 제2판금 배플(3, 4)들은 프레싱에 의하여 생성된 경계 에지를 가진 메인 평판에 따른 형태를 갖고, 상기 판금 쉘(1)의 내벽에 맞는 원통형의 경계 시트를 생성하며, 대응하는 단(段)(1.1, 1.7)에 지지된다.

상기 제1 및 제2판금 배플(3, 4)들의 상기 평면 영역은, 바이패스 배관(5)을 위한 하나의 천공(3.1, 4.1)과, 상기 배관들의 다발의 배관들 각각을 위한 더 작은 지름을 갖는 다수개의 천공들(3.2, 4.2)을 보여준다. 실시예에서 배관들이 관들인 것을 고려하면, 그것들은 이하 그리고 도면들이 기초하여 설명되는 실시예들에서 관들의 다발(2)의 관들로 나타낼 수 있을 것이다.

상기 바이패스 배관(5)과 상기 관들의 다발(2)은, 제1배플(3)에서 제2배플(4)까지 연장되고, 그 끝단들은 상기 대응하는 천공(3.1, 3.2, 4.1, 4.2)에 수용된다. 각 관(2) 및 상기 바이패스 배관(5)의 각 끝단은 브레이징에 의하여 상기 대응하는 천공(3.1, 3.2, 4.1, 4.2)의 상기 경계 에지에 경계를 따라 부착된다.

상기 관들의 다발(2)은 상기 판금 쉘(1) 내부에 수용되고, 상기 관들의 다발(2)의 내부를 통해 순환하면서 냉각되는 가스와 상기 관들의 다발(2)과 상기 판금 쉘(1)의 내벽 사이의 매개 공간을 순환하는 냉각수 사이에서 교환표면을 이룬다.

실시예에서, 상기 바이패스 배관(5)은, 상기 냉각수와도 접한다. 그러나, 상기 바이패스 배관(5)은 상기 관들의 다발(2)의 관들보다 훨씬 큰 지름을 갖고 있어서, 그 결과로 상기 교환표면과 유량 사이의 비율이 이 경우에 훨씬 낮고, 훨씬 낮은 정도의 열교환을 생성한다. 상기 바이패스 배관(5)을 통한 가스 유동 전환은 상기 가스 유동으로부터 제거된 열을 심하게 감소시키는데 관여한다.

상기 관들의 다발(2), 상기 바이패스 배관(5) 그리고 상기 판금 쉘(1)의 관상체의 주축은 축방향 또는 종방향 X-X'로 참조되는 동일한 방향으로 연장된다.

종방향 X-X'에 따른 상기 제1배플(3)과 상기 제2배플(4) 사이에 위치한 상기 판금 쉘(1)의 내부는 냉각수를 포함하는 부분이다. 상기 냉각수를 위한 상기 유체 교환 유입구(1.4)는, 상기 제2배플(4)에 가까이 위치하고, 상기 냉각수를 위한 상기 유체 교환 유출구(1.5)는, 상기 제1배플(3)에 가까이 위치한다. 상기 교환기가 동일방향 흐름모드 또는 역방향 흐름모드에서 작동하느냐에 따라, 상기 유입구와 상기 유출구(1.4, 1.5)는 교체 가능하다. 사시도 및 도 1를 도시하기 위한 관찰방향에 따르면, 냉각수를 위한 유체 교환 유입구와 유출구(1.4, 1.5)는, 상기 판금 쉘(1)에 의해 가려지고, 상기 유입구(1.4)의 작은 부분이 상기 챔버(C)가 위치한 상기 판금 쉘(1)의 오른쪽 끝단 부분을 통해 약간 보여진다. 상기 분해 조립 사시도는 상기 챔버(C)에 의해 허용된 시각적 접근을 통해 상기 유입구(1.4)를 보여주고 있지만, 상기 챔버(C)는 상기 유입구(1.4)와 유체교환 상태에 있지 않다.

상기 챔버(C)의 반대쪽에 배치된 상기 열교환기의 끝단은, 실시예에서 판금이 타출된 매니폴드(10)에 의해 폐쇄된다. 상기 매니폴드(10)는, 상기 교환기가 동일방향 흐름모드 또는 역방향 흐름모드에서 작동하느냐에 따라, 상기 관들의 다발(2)의 관들이나 상기 바이패스 배관(5)을 통해 순환하는 배기가스가 유입되거나 분배되는 챔버를 형성한다. 상기 매니폴드(10)는, 상기 엔진 배기 시스템과 연통하는 제1유체 교환 유입구/유출구(10.1)를 갖는다. 배기가스를 위한 제2유체 교환 유입구/유출구(1.6)는, 상기 판금 쉘(1)의 다른 끝단에 측면으로 위치하여, 상기 열교환기를 통한 상기 배기가스의 흐름을 생성한다.

상기 관들의 다발(2)의 관들과 상기 바이패스 배관(5)은, 둘 다 상기 챔버(C) 측면에 배치된 상기 열교환기의 끝단에서 상기 챔버(C)로 개방된다. 상기 챔버(C)는, 상기 제2배플(4)과 상기 판금 쉘(1)의 끝단에 위치한 상기 커버(9) 사이에서 종방향 X-X'에 따라 한정된다.

상기 열교환기는, 상기 관들의 다발(2)을 통하여 가스에서 냉각수로 열을 전달한다. 상기 열교환기가 이러한 방식으로 작동하기 위해, 상기 챔버(C)와 반대쪽 끝에 위치한 상기 매니폴드(10) 사이의 유동이 상기 관들의 다발(2)을 모두 통과하고 상기 바이패스 배관(5)을 통과하지 않도록 밸브가 상기 바이패스 배관(5)을 폐쇄한다.

도 1과 도 2 에서, 실시예의 상기 밸브는, 도 1에서 미도시된 엑츄에이터에 의해 형성되고, 상기 엑츄에이터는 커넥팅로드(6.3)에 작용하며, 상기 커넥팅로드(6.3)는 상기 엑츄에이터의 축방향 운동을 상기 커넥팅로드(6.3)가 조립되어 있는 상기 회전 샤프트(6)에 대한 회전운동으로 전환시킨다.

상기 회전 샤프트(6)는, 상기 샤프트를 축방향으로 유지하지만 그 회전운동을 하게 하는 서포트(8)에 수용된다. 상기 서포트(8)는, 실시예에서 원통형 섹터에 따른 곡선형의 판금 부분에 의해 형성된 베이스(7)에 부착되고, 상기 교환기의 판금 쉘(1)의 표면에 지지되도록 조정된다.

실시예에서, 회전, 즉, 상기 샤프트(6)에 허용된 1차 자유도를 유지하는 상기 판금 쉘(1)에 대한 상기 샤프트(6)의 부착은, 실시예에서 상기 베이스(7)에 차례로 부착된 서포트(8)의 삽입에 의하여 수행된다. 그러나, 본 발명의 모든 실시예들에서, 상기 쉘(1)에 상기 샤프트(6)를 다른 방식으로 연결하는 것이 가능하다. 상기 부착의 강성에 따라, 상기 서포트(8)는, 상기 판금 쉘(1)에 직접 납땜하거나 또는 상기 쉘(1)에 차례로 부착된 상기 베이스(7)에 부착될 수도 있다. 상기 베이스(7)가 존재하면 상기 부착의 강성이 증가되도록 하고, 또한 일 예로써, 상기 엑츄에이터에 대한 고정 시트를 제공하는 연장을 포함할 수 있게 한다.

제1실시예의 설명을 계속하면, 상기 회전 샤프트(6)는 상기 커넥팅로드(6.3)에 링크되는 외부로부터, 상기 회전 샤프트(6)의 통과를 위한 천공(1.2)을 통과하여 상기 챔버(C)의 내부까지, 캔틸레버 방식으로 특정 거리만큼 연장된다. 도 3에서 도시된 바와 같이, 상기 회전 샤프트(6)를 통과하는 단면에서, 상기 회전 샤프트(6)의 기하학적 축은, 상기 바이패스 배관(5)에 가로지르도록 위치하고 상기 배관(5)으로부터 간격을 두고 띄워진다.

캔틸레버식 끝단에 플랩(6.1)이 있고 그 결과로 상기 회전 샤프트(6)의 회전이 플랩(6.1)의 회전을 일으키고, 상기 플랩(6.1)은 상기 바이패스 배관(5)의 경계 에지에 위치하여, 따라서 상기 배관의 폐쇄가 일어난다. 반대 방향으로의 상기 샤프트(6)의 회전은, 개방각에 따라 상기 바이패스 배관(5)을 통과하는 통로를 완전히 또는 부분적으로 개방한다.

도 4A와 도 4B에서, 상기 설명한 밸브는 가스 유동이 상기 관들의 다발(2)을 완전히 통과하도록 상기 바이패스 배관(5)을 폐쇄한다. 상기 바이패스 밸브의 개방은, 상기 바이패스 배관(5)를 개방하게 하지만 상기 관들의 다발(2)을 통한 통과를 막지 않는다. 그러나, 상기 관들의 다발(2)의 관들의 더 작은 지름은, 상기 바이패스 배관(5)이 부여하는 것보다 통과에 대한 보다 큰 저항을 부여하고, 그래서 대부분 상기 바이패스 배관(5)을 통한 통과를 더 크도록 한다. 이러한 경우에, 상기 바이패스 배관(5)을 통과하는 유량의 많은 양의 통과는, 상기 관들의 다발(2)보다 열전달 정도가 훨씬 낮고, 가스의 냉각도 덜 일어난다.

도 5는 분해 사시도에 따른 제2실시예를 보여주며, 대부분의 구성들은, 제1실시예에 대해 공통의 구성들이며, 제1실시예에 대한 상기 제2실시예에서 도시된 차이점들만을 이 명세서에 설명한다.

제2실시예에서, 도면부호 1.6으로 지시된 바와 같이 상기 챔버(C)와 일치하는 상기 판금 쉘(1)의 벽에 배치되는 대신에, 이번 실시예에서는 가스를 위한 제2유체 교환 유입구/유출구가 상기 커버(9)에 위치하고, 상기 유체 교환 유입구/유출구(9.1)는 상기 커버(9)의 가운데에 배치된다.

첫 번째 개선으로서, 실시예에서는 유동이 상기 바이패스 배관(5)을 완전히 통과하도록 상기 관들의 다발(2)로 통하는 통과의 폐쇄하는 것은 물론, 유동이 상기 관들의 다발(2)을 완전히 통과하도록 상기 바이패스 배관(5)을 완전히 폐쇄하는 것이 가능하다. 상기 관들의 다발(2)을 통한 유동 통과의 완전한 폐쇄 가능성은 상당히 대단한 정도까지, 일예로, 날씨가 추울 때 엔진이 시동 걸리는 동안에 적용하기 위한 장치의 최소 냉각을 줄일 수 있게 한다.

상기 관들의 다발(2)을 통과하는 유동 통과의 완전한 폐쇄를 획득하기 위하여, 본 실시예에 따른 장치는 상기 챔버(C)에 수용된 타출 판금 부분(11)을 포함한다. 상기 타출 부분(11)은, 상기 챔버(C)의 내벽에 경계를 맞추어 넣은 금속판(판금)에 의해 형성되고, 이 경우, 상기 챔버(C)를 폐쇄하는 상기 판금 쉘(1) 부분의 내벽과 일치한다. 상기 부분은, 두 개의 입구, 제1입구(11.1)와 제2입구(11.2)를 제외하고, 상기 챔버(C)에서 격벽을 구축한다. 상기 격벽은, 차례로 두 개의 서브-챔버들, 제2배플(4)과 상기 타출 판금 부분(11) 사이에 위치한 내부 서브-챔버(Ci)와 상기 타출 판금 부분(11)과 상기 커버(9) 사이에 위치한 외부 서브-챔버(Co)를 생성한다.

상기 제1입구(11.1)는, 상기 밸브가 위치한 측과 상기 관들의 다발(2)의 관들로의 접근이 위치한 측으로부터의 통과를 구축한다. 상기 제1입구(11.1)는, 관 끝단 형상의 종단을 가지고, 그 결과로 그것의 경계 에지는 플랩(6.2)을 위한 시트를 구축한다. 상기 최종 관 끝단 형상은, 타출(stamping)에 의해 형태화 된다.

상기 제2입구(11.2)도 역시 관 끝단 형상을 가지며 상기 바이패스 배관(5)의 끝단을 수용한다. 본 실시예에 따르면, 상기 바이패스 배관(5)은, 상기 제2배플(4)을 지나 상기 타출 판금 부분(11)에 도달할 때까지 연장된다. 그러므로, 상기 바이패스 배관(5)의 내부와 상기 내부 서브-챔버(Ci)는 유체 교환 상태에 있지 않다. 본 실시예에서, 상기 바이패스 배관(5)은 상기 배관 끝단의 경계 에지가 상기 밸브의 상기 플랩(6.1)을 위한 시트에까지 이어지도록 상기 제2입구(11.2)를 지날 때까지 상기 제2입구(11.2)의 내부로 수용된다.

그러므로, 실시예에서는, 두 개의 플랩들, 상기 바이패스 배관(5)을 통하는 통로를 폐쇄하는 제1플랩(6.1)과 상기 관들의 다발(2)을 통하는 통로를 폐쇄하는 제2플랩(6.2)이 있다.

또 다른 실시예에 따르면, 상기 바이패스 배관(5)은, 상기 타출 판금 부분(11)의 제2입구(11.2)를 지나서 연장되지 않지만, 오히려 상기 입구(11.2)로는 개방되어 있다. 그러므로 상기 제1플랩(6.1)의 시트는, 상기 관 끝단 형상의 제2입구(11.2)의 경계 에지에 직접 위치한다.

제2실시예의 또 다른 개선은, 두 개의 관들, 내부관(5a)과 외부관(5b)에 의하여 차례로 형성된 상기 바이패스 배관(5)으로 구성된다. 상기 외부관(5b)은, 냉각수와 접촉되어 있다. 상기 내부관(5a)은, 상기 바이패스 배관(5)이 개방될 때 가스 유동이 순환하는 곳이다. 상기 내부관(5a)과, 더 큰 지름을 갖는 상기 외부관(5b) 사이에 챔버 또는 공간이 있는 것을 고려하여, 상기 바이패스 배관(5)을 통과하는 가스의 냉각을 감소시키는 온도 경계가 구축된다.

실시예에서, 상기 외부관(5b)은, 제1배플(3)에서 제2배플(4)까지 연장되고, 상기 내부관(5a)은, 상기 타출 판금(11)에 도달할 때까지 연장된다. 실시예에서, 상기 외부관(5b)의 두 끝단은 상기 배플들(3, 4)와의 부착을 확실히 하기 위하여 연장된다.

도 7A 및 도 7B에 도시된 단면은, 상기 두 개의 관들(5a, 5b)에 의해 차례로 형성된 상기 바이패스 배관(5)의 구조와, 두 개의 입구들(11.1, 11.2)을 가진 상기 타출 판금(11)의 배열을 보여준다.

이러한 도면들은 타출(stamping)에 의해 동일한 판금으로부터 형성된 두 개의 플랩들(6.1, 6.2)을 가진 상기 밸브를 보여준다. 상기 플랩들(6.1, 6.2)은, 상기 회전 샤프트(6)를 기준으로 서로에 대하여 90도에 위치하고, 그 결과로 90도 회전은, 두 개의 끝단 위치들; 상기 바이패스 배관(5)을 폐쇄하는 제1위치와 상기 제1입구(11.1)의 폐쇄에 의하여 상기 관들의 다발(2)을 폐쇄하는 제2위치 사이에서 구축된다.

일 실시예에서, 상기 두 개의 플랩들(6.1, 6.2)은, 서로 독립적이고, 둘 다 상기 회전 샤프트(6)에 부착되어 있다.

일 실시예에서, 상기 두 개의 플랩들(6.1, 6.2)이 위치한 데에 따른 상기 각도는 상기 밸브 엑추에이션 시스템에 따르고, 상기 두 개의 끝단 위치들 사이에서의 상기 샤프트의 회전은 둘(6.1, 6.2) 사이에 형성된 각도를 따를 것이다. 상기 각도는, 통상적으로 상기 엑추에이션 매커니즘과 그 이동을 따른다.

도 6은 상기 밸브에 연결된 부분들만 분해되어 도시된 사시도를 나타낸다. 특히, 상기 회전 샤프트(6)에 부착된 상기 두 개의 플랩들(6.1, 6.2)을 가진 상기 회전 샤프트(6)는, 중간 조립 위치에 도시되어 있다. 다시 말하면, 상기 회전 샤프트(6)는, 일단 모든 부분들, 특히 상기 외부 챔버(Co)의 뒤쪽으로 향하게 도시된 상기 타출 판금 부분(11)이 브레이징 되면, 상기 챔버(C)의 내부를 통해 설치된다. 상기 회전 샤프트(6)는, 상기 외부 서브 챔버(Co)로 도입되어, 상기 회전 샤프트(6)의 상기 서포트(8)에 부착될 때까지 상기 천공(1.2)을 통과한다.

실시예에 따르면, 상기 회전 샤프트(6)는, 상기 제1실시예에서 설명된 바와 같이, 캔틸레버 방식으로 배치된다.

도 8과 도 9는, 제3실시예를 나타낸다. 제3실시예에서는, 몇몇의 치수 변화와 하기에 강조된 차이점들을 제외하고 제2실시예에서 설명된 것과 같은 구조가 사용되었다.

제3실시예와 제2실시예의 가장 중요한 차이점은, 상기 회전 샤프트(6)의 통과를 위한 상기 천공(1.2)을 상기 챔버(C), 이 경우 상기 외부 챔버(Co)가 위치한 상기 판금 쉘(1)의 끝단의 에지까지 도달하는 그루브(1.3)로 대체된 것이다.

상기 천공(1.2)은, 상기 챔버(C)의 내부에서 상기 판금 쉘(1)의 외부에 위치한 상기 서포트(8)에 도달할 때까지 상기 회전 샤프트(6)의 조립을 필요로 하지만, 상기 그루브(1.3)는, 상기 회전 샤프트(6)를 먼저 상기 서포트(8)에 조립할 수 있게 하고, 상기 서포트(8)는, 차례로 상기 베이스(7)에 사전에 위치되여, 전면으로 부터 전체 조립을 삽입할 수 있다. 다시 말하면, 상기 서포트(8)에 사전에 위치한 상기 회전 샤프트(6)와 상기 베이스(7)의 상기 조립은, 최종 위치에 도달할 때까지 상기 그루브(1.3)를 통하여 상기 회전 샤프트(6)를 도입함으로써 구현된다. 상기 베이스(7)는, 이 위치에서 상기 판금 쉘(1)에 브레이즈 된다.

상기 그루브(1.3)를 통한 상기 회전 샤프트(6)를 포함하는 해결 수단은, 다른 실시예들, 일 예로 제1실시예에도 또한 적용될 수 있다.

조립을 용이하게 하는 것 이외에도, 실시예에 따른 상기 형태는 상기 플랩들(6.1, 6.2)의 시트 또는 시트들이 정확하도록 상기 회전 샤프트(6)를 위치시킬 수 있고, 일단 상기 샤프트가 위치한 위치에서 상기 베이스(7)를 용접할 수 있다.

둥근 형태 대신 연장된 형태를 가진 입구들(11.1, 11.2)과 플랩들(6.1, 6.2)은, 제3실시예에서 구조적인 수준으로 특징화 되어 있다. 본 실시예는, 다른 실시예들에서 도시되어 설명되지 않은 리니어 엑추에이터(13)와 상기 커넥팅로드(6.3)에 도달하는 상기 엑추에이션 로드(12)를 보여준다.

마찬가지로, 상기 제2유체 교환 유입구/유출구(1.6)는, 제1실시예에서 상세히 설명한 바와 같이 상기 판금 쉘(1)의 벽에 다시 놓여진다.

Claims

제1배관을 통하여 순환하는 제1유체, 보다 바람직하게는 냉각될 가스; 및 제2배관을 통하여 순환하는 제2유체, 보다 바람직하게는 냉각수, 사이에서의 열교환을 위하고, 상기 두 배관들 사이에 삽입되기 위해 의도된 열교환장치로서,
관 형태를 가진 판금 쉘(1),
서로 간격을 두고 상기 판금 쉘(1)에 조립된 제1판금 배플(3)과 제2판금 배플(4),
종방향 X-X'를 따라 적어도 상기 제1배플(3)에서 상기 제2배플(4)까지 연장되는 배관(2)들의 다발,
적어도 상기 제1배플(3)로부터 상기 제2배플(4)까지 연장되고 그것이 상기 배관(2)들의 다발과 평행한 바이패스 배관(5),
상기 판금 쉘(1)에 둘다 배치되며, 상기 배관(2)들의 다발의 냉각을 위하여 상기 제1배플(3)과 상기 제2배플(4) 사이에 위치한 공간에 접근이 가능하도록 하는 상기 제2유체를 위한 유체 교환 유입구와 유체 교환 유출구(1.4, 1.5),
상기 배관(2)들의 다발과 상기 바이패스 배관(5)의 끝단들 중 어느 하나에 배치된 제1유체 교환 유입구/유출구(10.1), 및
상기 배관(2)들의 다발과 상기 바이패스 배관(5)의 반대쪽 끝단에 배치된 제2유체 교환 유입구/유출구(1.6, 9.1)를 포함하며,
상기 배관(2)들의 다발, 상기 바이패스 배관(5), 또는 상기 배관(2)들의 다발 및 상기 바이패스 배관(5) 모두를 통하여 상기 제1유체 교환 유입구/유출구(10.1) 모두가 상기 제1유체에 접근이 가능하도록 하며,
상기 관상형 판금 쉘(1)은 상기 제2배플(4) 이상으로 종방향으로 연장되어밸브를 포함할 수 있도록 챔버(C)를 형성하며, 상기 밸브는 상기 챔버(C)의 외부로부터 작동이 가능하며, 적어도 상기 바이패스 배관(5)을 폐쇄하는데 적합하며, 그리고, 상기 밸브는 상기 판금 쉘(1)에 부착되고 상기 쉘에 대해 회전가능한 샤프트(6)를 포함하고 상기 챔버(C)로 연장되어, 상기 샤프트(6)가 상기 바이패스 배관(5)의 폐쇄를 위해 상기 바이패스 배관(5)의 끝단의 경계 에지에 위치되는데 적합한 판금 플랩(6.1)을 포함하는 열교환장치.
청구항 1에 있어서,
상기 샤프트(6)는 상기 샤프트(6)가 삽입되는 서포트(8)가 개재되어 상기 판금 쉘(1)에 부착되고, 그 결과로 상기 서포트(8)는 상기 판금 쉘(1)과 일체화되며, 상기 서포트(8)는 상기 샤프트(6)가 회전할 수 있게 하는 열교환장치.
청구항 2에 있어서,
상기 서포트(8)는 베이스(7)가 개재되어 상기 판금 쉘(1)과 일체화 되고, 그 결과로 상기 베이스(7)는 상기 판금 쉘(1)에 부착되고, 상기 샤프트(6)의 상기 서포트(8)이 상기 베이스(7) 위에 배치되는 열교환장치.
청구항 3에 있어서,
상기 베이스(7)의 연장은 상기 샤프트(6)의 작동을 위한 액추에이터(13)의 서포트가 되는 열교환장치.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
관 형태를 갖는 상기 판금 쉘(1)은 상기 제2판금 배플(4)의 수용을 위해 의도된 확장 단(段)(1.1)을 보여주는 열교환장치.
상기 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바이패스 배관(5)은 제1외부관(5b)와 제2내부관(5a)를 포함하며, 상기 제1외부관(5b) 및 상기 제2내부관(5a) 사이에서 단열 챔버가 형성되는 열교환장치.
상기 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 챔버(C)는 판금 커버(9)에 의하여 폐쇄되는 열교환장치.
상기 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 챔버(C)는 상기 챔버(C)를 상기 배관(2)들의 다발의 관들의 내부와 연통되는 내부 서브-챔버(Ci)와, 외부 서브-챔버(Co)로 나누는 타출 판금 부분(11)을 포함하고, 상기 타출 판금 부분(11)이 제1입구(11.1)와 제2입구(11.2)를 포함하며,
상기 타출 판금 부분(11)은 상기 쉘(1)과의 경계 폐쇄를 구축하고,
상기 제1입구(11.1)는 상기 내부 서브-챔버(Ci)와 상기 외부 서브-챔버(Co) 사이의 유체 교환을 구축하고,
상기 제2입구(11.2)는 상기 바이패스 배관(5)을 경계에서 둘러싸고;
상기 제2유체 교환 유입구/유출구(1.6, 9.1)는 상기 외부 서브-챔버(Co)와 직접 교환 상태에 있는 열교환장치.
청구항 8에 있어서,
상기 타출 판금 부분(11)의 상기 제1입구(11.1)와 상기 제2입구(11.2)는 밸브 시트(valve seat)를 포함하는 열교환장치.
청구항 9에 있어서,
상기 제2입구(11.2)의 상기 시트는;
상기 제2입구(11.2)의 관 끝단 형상의 종단에 있거나;
또는 상기 바이패스 배관(5)의 끝단의 상기 경계 에지 위에 있고 상기 바이패스 배관(5)은 상기 제2입구(11.2)의 위치를 축방향으로 지나는 열교환장치.
청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
상기 밸브의 상기 샤프트(6)는 제2플랩(6.2)을 포함하고:
상기 제1플랩(6.1)이 상기 제2입구(11.2)의 시트 위에서 폐쇄되도록 조정되고,
상기 제2플랩(6.2)이 상기 타출 판금 부분(11)의 상기 제1입구(11.1)의 시트 위에서 폐쇄되도록 조정되고;
상기 제1플랩(6.1)과 상기 제2플랩(6.2)은 적어도 두 개의 끝단 위치들, 상기 제1플랩(6.1)이 상기 샤프트(6)의 제1각위치(angular position)에서 상기 바이패스 배관(5)의 폐쇄를 구축하는 제1끝단 위치; 및 상기 제2플랩(6.2)이 상기 샤프트(6)의 제2각위치(angular position)에서 상기 제2입구(11.2)의 폐쇄를 구축하는 제2끝단위치에 적용하기 위해 설계되는 열교환장치.
상기 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플랩 또는 플랩들(6.1, 6.2)은 온도 변화가 있는 경우 강성을 유지하기 위하여 상기 플랩의 상기 시트가 위치되는 캐비티에 들어가도록 조정된 오목한 융기(6.1.1)를 갖는 열교환장치.
상기 청구항들 중 어느 한 항에 있어서 그리고 특히 청구항 2에 있어서,
상기 판금 쉘(1)은 상기 회전 샤프트(6)가 통과될 수 있는 천공(1.2)을 포함하고, 상기 샤프트(6)의 상기 서포트(8)와 상기 샤프트(6)는 상기 챔버(C)의 내부로부터 상기 천공(1.2)을 통하여 상기 샤프트(6)를 삽입함으로써 상호 결합되도록 조정되는 열교환장치.
청구항 1 내지 청구항 13중 어느 한 항에 있어서, 그리고 특히 청구항 2와 청구항 3에 있어서,
상기 판금 쉘(1)은 상기 샤프트(6)가 통과될 수 있도록 상기 챔버(C)가 위치한 끝단까지 연장되는 개방 그루브(1.3)를 포함하고, 상기 그루브는 상기 베이스(7) 뿐만 아니라 상기 샤프트(6)의 상기 서포트(8) 및 상기 샤프트(6)에 의해 형성된 조립체가 상기 개방 그루브(1.3)를 통해 상기 샤프트(6)를 상기 판금 쉘(1) 위의 상기 베이스(7)의 최종 위치까지 삽입할 수 있도록 특징지어진 열교환장치.