KR20170006243A - 다수의 열교환기 채널을 갖는 배기가스 열교환기 - Google Patents

다수의 열교환기 채널을 갖는 배기가스 열교환기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다수의 배기가스용 열교환기 채널 및 이러한 다수의 열교환기 채널을 수용하는 외부 하우징(2)을 갖고 그리고 상기 열교환기 채널들과 외부 하우징(2) 사이에 배기가스용 냉매가 흐르는, 배기가스 열교환기에 관한 것으로서, 이 배기가스 열교환기는 상기 배기가스용 열교환기 채널들이 리브형 하우징(1)으로 형성되어 있고, 상기 리브형 하우징 내에는 리브형 판금(9)이 배치되어 있으며, 상기 리브형 판금(9)은 종방향으로 흐르는 배기가스 유동을 위한 다수의 종방향 슬롯(10) 및 상기 종방향 슬롯(10)을 따라서, 횡방향으로 흐르는 배기가스 유동을 위한 다수의 횡방향 관통구(11)를 갖고, 그리고 적어도 하나의 종방향 슬롯(10) 내, 이 종방향 슬롯(10)의 부분 길이 상에 횡방향 유동을 저지하기 위한 적어도 하나의 분리 스트립(8)이 배치된 것을 특징으로 한다.

Description

다수의 열교환기 채널을 갖는 배기가스 열교환기 {EXHAUST GAS HEAT EXCHANGER WITH MULTIPLE HEAT EXCHANGER CHANNELS}
본 발명은 평행하게 관류되는 다수의 배기가스용 열교환기 채널을 갖는 배기가스 열교환기에 관한 것으로서, 이 경우 상기 배기가스 열교환기는 기본적으로 외부 하우징으로 이루어지고, 이 외부 하우징 내에는 배기가스에 의해 관류되는 열교환기 채널들이 배치되어 있다. 상기 외부 하우징과 열교환기 채널들 사이에서 배기가스 열교환기는 냉매에 의해 관류되고, 이로 인해 배기가스가 냉각된다.
본 발명의 주요 사용 분야에서, 상기 배기가스 열교환기는 배기가스 재순환 냉각기(exhaust gas-recirculation cooler)로 사용된다. 배기가스 재순환 냉각기들은 배기가스를 내연 기관의 배기가스 구간에서 인출하여 냉각한 다음 이 배기가스를 재연소 과정에 공급하기 위해 사용된다. 이와 같은 후연소(post combustion)를 통해 질소 산화물(NOx), 탄화 수소, 미립자 및 이산화탄소와 관련한 배기가스 배출 규정의 법적 가이드라인이 준수된다.
종래 기술에는 배기가스 열교환기로서 배기가스 및 냉각수에 의해 관류되는 리브형 열교환기(ribbed housing)들이 공지되어 있다. 이 경우 판금(sheet metal)에서 천공되거나 변형된 리브들이 사용되고, 이 리브들은 판금 하우징(sheet metal housing)에 삽입되어 납땜된다. 배기가스는 상기 리브들을 갖는 하우징의 내측면을 관류하고, 그리고 냉매, 일반적으로 냉각수는 상기 하우징의 외측면을 순환한다. 내부에 놓이는 리브형 판금들을 갖는 하나 또는 다수의 판금 하우징은 통합되어 라디에이터 코어(radiator core)를 형성하고, 이러한 라디에이터 코어는 외부 하우징에 의해 둘러싸인다. 판금 하우징 내부에서의 배기가스 유동 안내 방식에 따라 I자형 관류, U자형 관류 및 S자형 관류가 공지되어 있다. 관류하는 배기가스용 열교환기 채널 내부에서 배기가스 유동의 방향 전환은 소위 편향 후드에 의해 실현된다. 이 경우 배기가스 흐름은 리브형 판금들을 갖는 판금 하우징을 관류한 후, 리브형 삽입물들이 없는 (편향 후드로 표기되는) 후속 편향 영역에서 예를 들면 180°방향 전환된다. 상기와 같은 구조의 배기가스 열교환기들은 예를 들어 KR 100925816 B1호에 제시된다. 또한, 편향 후드를 사용하는 배기가스 열전달 시 배기가스 유동 안내 방법들은 US 7,461,641,B1호에 기술되어 있다.
전술한 열교환기들의 구조적 형상과 관련한 단점은 편향 후드의 사용인데, 이러한 편향 후드는 비용과 관련해 추가 부품으로서 컴포넌트의 비용을 증가시킨다. 또 다른 단점은 용적과 관련해 상대적으로 더 낮은 냉각 출력 밀도로부터 발생하는데, 그 이유는 설치 공간을 차지하는 편향 후드 영역에서는 열교환이 이루어지지 않고, 그에 따라 배기가스 냉각도 이루어지지 않기 때문이다.
상기 단점들은 US 4,282,927호에 따른 열교환기를 통해 부분적으로 극복된다. 전술한 문서에 따른 열교환기는 소위 오프셋 핀(offset-fin)들을 갖고, 이러한 오프셋 핀들은 리브형 판금으로 설계되어 2개의 방향으로 관류 가능하다. 리브들을 따라 흐르는 바람직한 유동뿐만 아니라 발생 가능한 횡방향 유동도 결과로 나타난다. 리브들을 따라서 종방향 유동의 특정 영역에는 분리부가 제공되고, 이러한 구조는 상기 분리부 단부까지 배기가스의 횡방향 유동을 방지한다. 그 후 배기가스는 횡방향 유동으로 바뀌고 후속해서 또 한 번 방향 전환될 수 있다. 그러므로 결과적으로 분리부 제공에 의해 U자형 관류가 형성된다.
횡방향 유동이 실현됨으로써, 오프셋 라멜라(offset lamella)로도 표기되는 오프셋 핀들을 통해서는 소위 편향 후드가 생략될 수 있다. 이러한 방식은 주요 설치 공간을 절감시킬 수 있거나 리브형 판금들을 이용한 열전달에 있어 편향 영역들에 사용될 수 있다.
그러나 상기 종래 기술에 따른 단점은 상기와 같은 유형의 열교환기들의 구조가 작동 방식을 복잡하게 하고 비용 낭비를 야기한다는 것이다.
종래 기술에 따른 배기가스 열교환기들의 또 다른 단점은 배기가스 냉각 시 냉각기 런 길이(cooler run length) 동안 가스 특성이 눈에 띄게 변하지 않는다는 것이다. 특히 배기가스 밀도 변경은 열전달에 상당한 영향을 미친다. 종래 기술에 따르면 냉각기 길이에 맞게 평균 내어진 배기가스 상태값(status value)들에 의한, 가스에서 열교환기 벽으로의 열전달, 와류 정도 및 유동 속도 관점에서 냉각기가 설계된다. 이러한 설계는 결과적으로 최적으로 사이즈 설계되지 않은 열교환기들을 초래한다.
본 발명의 과제는 냉각 출력 밀도 관점에서 볼 때 향상되고, 그리고 설계 콘셉트 관점에서 볼 때 간소화된 다수의 열교환기 채널을 갖는 배기가스 열교환기를 제공하는 것이다. 본 발명은 상기 배기가스 열교환기를 적은 비용으로 제조하고 더 많은 복잡성 없이 여러 인서트 상황에 적합하게 형성할 수 있도록 노력한다.
상기 과제는 청구항 1의 대상에 의해 해결된다. 개선예들은 종속 청구항들에 제시되어 있다.
상기 본 발명의 과제는 특히 다수의 배기가스용 열교환기 채널을 갖는 배기가스 열교환기에 의해 해결된다. 상기 열교환기 채널들은 외부 하우징 내에 배치되어 있고, 이 경우 상기 열교환기 채널들과 외부 하우징 사이에는 배기가스용 냉매가 흐른다. 상기 배기가스 열교환기는 리브형 판금이 내부에 배치되어 있는 리브형 하우징으로 형성되어 있고, 이때 상기 리브형 판금은 종방향으로 흐르는 배기가스 유동을 위한 다수의 종방향 슬롯 및 이 종방향 슬롯을 따라서, 횡방향으로 흐르는 배기가스 유동을 위한 다수의 횡방향 관통구를 갖는 것을 특징으로 한다. 또한, 적어도 하나의 종방향 슬롯 내, 이 종방향 슬롯의 부분 길이 상에 횡류를 저지하기 위한 적어도 하나의 분리 스트립이 배치되어 있으며, 그 결과 유동 경로가 상기 리브형 판금 영역에서 형성된다.
바람직하게는 다수의 분리 스트립이 종방향 및 횡방향으로 관류되는 열교환기 채널 영역들을 형성하기 위해 리브형 판금의 여러 종방향 슬롯 내에 제공되어 있다.
이 경우 바람직하게 열교환기 채널 내부 배기가스 유동 경로는 한편으로는 리브형 판금 내 분리 스트립들에 의해 제한되고, 다른 한편으로는 리브형 하우징에 의해 제한된다.
리브형 하우징은 리브형 하우징 상부 반부(upper half of the ribbed housing)와 리브형 하우징 하부 반부(lower half of the ribbed housing)로 형성되어 있어 간단하고 효과적으로 제조될 수 있다.
또한, 리브형 하우징은 리브형 하우징들 사이에 그리고 이 리브형 하우징들과 냉매용 외부 하우징 사이에 채널들을 형성하기 위한 스페이서(spacer)를 갖는다.
바람직한 구조에 따르면, 외부 하우징은 한 측면이 적어도 연결 패널에 의해 제한되고, 이 연결 패널은 리브형 하우징들을 수용하기 위한 리세스들을 갖는다.
바람직하게 커버 패널은 적어도 하나의 횡방향 측면에서 외부 하우징을 제한하고, 더 나아가 배기가스의 유입구 및 유출구를 위한 연결부들도 갖는다.
외부 하우징은 또한 냉매 유입구 및 냉매 유출구용 연결부들도 갖는다.
제조 기술상 장점은 연결 패널 및 분리 스트립들이 하나의 피스(piece)로 형성되어 있다는 것이다. 이로 인해 설치 시 추가적인 작업 단계가 절감될 수 있고 단일 부품들이 감소될 수 있다.
본 발명의 바람직한 한 실시예에서 특히 부각되는 점은, 최적의 열전달을 위한 최적의 유동 속도와 유동 압력 손실을 달성하기 위해 압력, 온도 및 그와 더불어 밀도와 관련하여 우세한 배기가스 상태가 적합하게 조정되는 방식으로 유동 경로의 길이에 걸쳐 열교환기 채널 내 배기가스 유동 경로의 횡단면이 감소한다는 것이다.
열교환기의 바람직한 한 실시예로는 U자형 관류 열교환기로 형성된 실시예가 언급된다.
상기 실시예에서는 또한, 유입구 및 유출구에 마주 놓이는, 상기 U자형 관류 열교환기의 측면이 횡방향 유동 영역에서 둥근 윤곽을 갖는다는 점도 유익하다. 이러한 둥근 윤곽은 유동 편향 영역에서 유동 저항을 감소시킨다.
추가의 바람직한 그리고 대안적 실시예들로는 S자형 관류, W자형 관류, L자형 관류 또는 다중 유로식(multi-flow) 열교환기로서 열교환기의 유동 안내가 언급된다.
배기가스 열교환기의 바람직한 사용 분야는 내연 기관을 갖는 자동차의 배기가스 재순환 냉각기로서의 사용이다.
본 발명에 따른 배기가스 열교환기는 순환하는 배기가스를 냉각하기 위한 내연 기관과 관련한 사용을 목적으로 고안되었다. 이 경우 콘셉트에 따라 리브 형태를 갖는 리브형 열교환기들이 제공되고, 상기 리브형 열교환기들은 리브 벽 내에 개구들을 갖는다. 오프셋 핀으로도 표기되는 상기와 같은 오프셋 라멜라들은 배기가스의 종방향 유동을 위한 종방향 슬롯 및 상기 라멜라들 내에 있는, 배기가스의 횡방향 유동을 구현하기 위한 횡방향 관통구들을 갖는다. 이 경우 바람직한 유동 방향으로는 리브에 대해 종방향으로 흐르는 유동 및 리브에 대해 횡방향으로 설정된 제 2 유동 방향이 얻어진다. 열교환기들은 관류 방식에 따라 분류되어 다양한 구조적 형상으로 실현될 수 있다. 예시적으로 언급하자면, N자형 관류, U자형 관류, S자형 관류, W자형 관류 및 다중 유로식 열교환기들이 있다.
배기가스용 열교환기 채널들은 리브형 하우징들로 설계되어 있고, 이 리브형 하우징들 내에는 리브형 판금들이 배치되어 있다. 그 다음 상기 리브형 하우징들 중 다수의 리브 하우징은 소위 라디에이터 코어를 형성한다. 배기가스는 리브형 판금들을 갖는 리브형 하우징들의 내부를 관류하고, 그에 반해 냉매는 상기 리브형 하우징들의 외측면을 순환하는 동시에 외부 하우징을 관류한다.
바람직하게 리브형 판금은 리브형 하우징 공간 전부를 차지하며, 이 경우 상기 리브형 판금은 그의 바람직한 유동 방향에 따라 방향 설정되어 있다. 리브형 판금은 방향 전환 시 배기가스 유동의 압력 손실을 줄이기 위해 리브형 하우징 벽에 대해 간격을 가질 수 있거나, 또는 대안적으로 상기 리브형 판금은 리세스를 갖는다.
배기가스 유입구측과 배기가스 유출구측이 다른 배기가스 열교환기들, 예를 들어 S자형 관류 열교환기들에서 리브형 판금은 배기가스 유입구측과 유출구측이 바람직한 유동 방향에 대해 횡방향으로 배향되도록 배열되어 있다.
유동 경로로도 표기되는 배기가스 경로 분리는 리브형 판금 내에서 예를 들면 분리 스트립 또는 판금 스트립으로 형성된 분리기(separator)들에 의해 이루어지며, 이때 상기 스트립들은 리브형 판금 또는 리브형 하우징에 납땜된다.
판금 스트립들의 위치는 가스 경로들이 특정 비율로 분할되도록 선택된다. 주어지는 유동 횡단면은 분리 스트립들의 포지셔닝에 의해 특정 비율로 분할된다. 각각 가스 경로 내에서 최적의 열전달을 위한 최적의 유동 속도와 유동 압력 손실을 달성하기 위하여 상기와 같은 비율은 압력, 온도 및 그와 더불어 밀도와 관련하여 세그먼트 내에서 우세한 배기가스 상태에 적합하게 조정된다.
본 발명의 주요 장점으로서 우선적으로 밝혀진 바에 따르면, 최적의 열전달 상황에 의해 냉각 효율이 상승될 수 있었다. 결과적으로 냉각 출력이 향상되었고, 그에 따라 -설치 공간과 관련하여- 냉각 출력 밀도 및 비용이 개선되었다. 또한, 편향 후드가 필요하지 않음으로써 설치 공간 이용이 개선되었고, 이러한 용적을 열전달에 사용할 수 있었다는 점도 바람직하다. 더 나아가, 유동 경로의 방향 전환에 추가적인 부품들이 필요하지 않다는 점도 바람직하다. 전술한 바와 같이, 국부적인 배기가스 상태에 맞는 유동 횡단면 조정은 열교환기 냉각 출력 밀도를 향상시키고, 그 결과 설치 공간 및 비용 관점에서 최상의 냉각 출력을 야기한다.
본 발명의 추가적인 세부 사항들, 특징들 및 장점들은 관련 도면들을 참고로 인용하는 실시예들의 후속 설명에 제시된다.
도 1a는 배기가스 열교환기의 종단면도이고,
도 1b는 리브형 하우징을 사시도로 도시한 도면이며,
도 1c는 리브형 하우징의 상부 반부이고,
도 2는 U자형 관류 배기가스 열교환기에 대한 평면도이며,
도 3a는 리브형 판금의 횡단면도이고,
도 3b는 리브형 판금의 평면도이며,
도 4a는 S자형 관류 배기가스 열교환기의, 커버 스트립들을 갖는 리브형 하우징의 사시도이고,
도 4b는 커버 스트립들을 갖는 리브형 하우징의 정면도이며,
도 4c는 S자형 관류 배기가스 열교환기의 종단면도이고,
도 5는 배기가스 유동 경로가 개략적으로 표시된 S자형 관류 배기가스 열교환기의 평면도이며,
도 6a는 리브형 판금의 횡단면도이고,
도 6b는 리브형 판금의 평면도이며,
도 7a는 S자형 관류 열교환기의 외부 하우징이고,
도 7b는 S자형 관류 열교환기의 리브형 하우징이며,
도 7c는 2개의 리브형 하우징의 측면도이고,
도 7d는 연결 패널이며,
도 7e는 S자형 관류 배기가스 열교환기의 단면도/평면도이고,
도 8a는 리브형 판금의 횡단면도이며,
도 8b는 리브형 판금의 평면도이고,
도 9는 배기가스 유동 경로가 개략적으로 표시된 W자형 관류 배기가스 열교환기의 평면도이며,
도 10a는 배기가스 열교환기의 사시도이고,
도 10b는 커버 패널을 갖지 않는 배기가스 열교환기의 사시도이며,
도 10c는 리브형 하우징을 갖지 않는 배기가스 열교환기의 사시도이고,
도 10d는 외부 하우징이며,
도 10e는 리브형 판금이고,
도 11a는 다중 유로식 배기가스 열교환기의 사시도이며,
도 11b는 다중 유로식 배기가스 열교환기의 횡단면도이고,
도 11c는 분리 스트립들을 갖는 리브형 판금이며,
도 12a는 커버 패널을 갖지 않는 U자형 관류 배기가스 열교환기의 사시도이고,
도 12b는 외부 하우징을 갖지 않는 배기가스 열교환기의 사시도이며,
도 12c는 리브형 판금이고,
도 12d는 리브형 하우징이며,
도 12e는 U자형 관류 배기가스 열교환기의 종단면도이고,
도 13a는 U자형 관류 배기가스 열교환기의 단면도이며,
도 13b는 분리 스트립들을 갖는 연결 패널이고, 그리고
도 13c는 3개의 열교환기 채널의 리브형 판금의 상세도이다.
도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 2 그리고 도 3a 및 3b에는 U자형 관류 열교환기의 상이한 도면이 도시되어 있다. 도 1a에는 위 아래로 놓이는 방식으로 그리고 스페이서(3)에 의해 서로 이격되어 배치된 4개의 리브형 하우징(1)을 갖는 배기가스 열교환기의 종단면도가 도시되어 있다. 상기 리브형 하우징(1)들은 외부 하우징(2)에 의해 둘러싸여 있으며, 이 경우 리브형 하우징(1)들은 또한 상기 스페이서(3)에 의해 상기 외부 하우징(2)에 대해서도 이격되어 배치되어 있다. 도 1b에 따르면, 리브형 하우징(1)은 2개의 리브형 하우징 반부, 즉 리브형 하우징 상부 반부(1.1)와 리브형 하우징 하부 반부(1.2)로 이루어져 있는데, 도 1b에서는 이 리브형 하우징 반부들이 전체 길이로 도시되지 않았다. 리브형 하우징 반부(1.1, 1.2)들은 스페이서(3)들을 갖고, 이 스페이서들에 의해 리브형 하우징(1)들은 상호 간에뿐만 아니라 도 1a에 따른 외부 하우징(2)에 대해서도 이격되어 배치된다. 배기가스는 리브형 하우징 내부에서 흐르고, 리브형 하우징 벽을 통과하여 상기 리브형 하우징(1)들과 외부 하우징(2) 사이에서 흐르는 냉매에 의해 냉각된다. 따라서 리브형 하우징들은 재순환될 배기가스용 열교환기 채널들이다. 도 1c는 4개의 스페이서(3)와 함께 전체 길이로 묘사된 리브형 하우징 상부 반부(1.1)를 사시적으로 도시한다.
도 2에 따르면, 리브형 하우징(1)들은 유입구(5), 횡방향 유동(6) 및 유출구(7)를 통한 배기가스에 의해 관류되며, 이 경우 상기 유입구(6)와 유출구(7)는 분리 스트립(8)에 의해 서로 분리되어 있다. 리브형 하우징(1) 내 리브형 판금(9)은 오프셋 핀으로 표기되는 오프셋 라멜라 구조물로 형성되어 있고, 이로 인해 리브형 판금(9) 내에서 횡방향 유동이 가능하다. 도 2에는 직사각형 형상에 대안적으로, 횡방향 유동 영역(5)에 리브형 하우징(1)의 둥근 윤곽이 파선으로 표시되어 있다.
도 3a 및 도 3b에는 리브형 판금(9)의 횡단면도 및 평면도가 도시되어 있다. 상기 리브형 판금(9)은 오프셋 핀으로 형성되어 중간에 놓이는 종방향 슬롯(10)들을 구비한 리브들 또는 라멜라들을 갖는다. 리브형 판금(9) 내부에서 리브들 내에는 횡방향 관통구(11)들이 형성되어 있고, 이로 인해 배기가스의 유동은 리브를 따라서 진행되는 바람직한 유동 방향 외에 리브에 대해 횡방향으로 진행되는 리브형 판금(9)의 관류도 가능하게 된다. 분리 스트립(8)은 종방향 슬롯(10)의 전체 길이에 걸쳐서는 아니지만, 하나의 종방향 슬롯(10) 내에서, 이러한 종방향 슬롯을 따라 연장되며, 그 결과 분리 스트립(8)에 의해 채워지지 않는 종방향 슬롯은 배기가스에 의해 횡방향으로 관류될 수 있다. 이러한 횡방향 유동(5) 영역은 편향 영역을 형성하고, 상기 편향 영역은 종래 기술에 따른 실시예와 달리 편향 후드로서 열전달 기능을 갖는다.
도 4 내지 도 7에는 S자형 관류 배기가스 열교환기가 상이한 상세도 및 사시도로 도시되어 있다. 도 4a에는 스페이서(3)들 그리고 정면에 있는 커버 스트립(12)을 갖는 리브형 하우징(1)이 사시도로 도시되어 있다. 도 4b에는 리브형 하우징 상부 반부(1.1)와 리브형 하우징 하부 반부(1.2)의 도면 부호와 함께 리브 하우징의 정면이 도시되어 있다. 도 4c는 리브형 하우징(1)으로서 위 아래로 놓인 4개의 열교환기 채널을 갖는 배기가스 열교환기의 종단면도를 도시하고, 이때 상기 열교환기 채널들은 외부 하우징(2)에 의해 수용된다.
도 5는 S자형으로 관류되는 배기가스 열교환기의 관류 이미지를 평면도로 개략적으로 도시하며, 이 경우 유동 경로는 유입구(6), 횡방향 유동(5), 도면에 표시되지 않은, 종방향 리턴 유동 및 또 한 번의 횡방향 유동(5) 및 유출구(7)로 표시된다. 배기가스의 유동 경로는 외부로는 리브형 하우징(1)에 의해 제한되고, 그리고 상기 리브형 하우징(1) 내에서는 분리 스트립(8)들에 의해 제한된다.
배기가스는 리브형 판금(9) 내부에서 도 6a 및 도 6b에 도시된, 리브형 판금(9)의 구조물들을 통과한다. 분리 스트립(8)들은 리브형 판금(9)의 종방향 슬롯(10)들 및 횡방향 관통구(11)들과 같이 평면도에서뿐만 아니라 횡단면도에서도 다른 관류 형태의 배기가스 열교환기들과 유사하게 표시된다.
도 7a는 재차 리브형 하우징(1)을 둘러싸는 외부 하우징(2)으로 된 배기가스 열교환기의 기본 설계 콘셉트를 도시한다. 이 경우 상기 외부 하우징(2)은 외부 하우징 상부 반부(2.1)와 외부 하우징 하부 반부(2.2)로 형성되어 있다. 도 7b는 S자형으로 관류되는 열교환기 채널로서 리브형 하우징(1)을 사시도로 도시하고, 도 7c에는 각각 측면도로 도시된 스페이스(3)들을 갖는 2개의 리브형 하우징(1)이 도시되어 있다. 도 7d에는 상응하는 배기가스용 관통구들 및 그 뒤에 놓인 리브형 판금(9)들을 갖는 연결 패널(15)이 도시되어 있다. 도 7e에는 배기가스 열교환기를 절단한 단면에 대한 평면도가 도시되어 있으며, 이 경우에는 스페이서(3)들 및 유입구(6)와 유출구(7)용 개별 통합부들을 갖는 리브형 하우징(1) 그리고 외부 하우징(2)이 도시되어 있다.
도 8 및 도 9에는 W자형 관류 배기가스 열교환기의 상세도가 도시된다. 도 8a 및 도 8b에서는 분리 스트립(8)들 그리고 종방향 슬롯(10)들 및 횡방향 관통구(11)들을 갖는 리브형 판금(9)이 마찬가지로 상기 W자형 관류 배기가스 열교환기 타입용인 도 6의 도면과 유사하게 도시되어 있다.
도 9는 유입구(6), 횡방향 유동(5), 종방향 유동, 횡방향 유동(5), 또 한 번의 종방향 유동 및 마지막으로 유출구(7)를 갖는 S자형 관류 배기가스 열교환기에 대한 도 5의 도면과 유사하게 리브형 판금(9) 내부에서의 기본 유동 이미지를 갖는 평면도를 도시하고, 상기와 같은 유동으로 인해 3개의 분리 스트립(8)을 사용하는 W자형 관류 배기가스 교환기의 유동 형태가 나타난다. 리브형 하우징(1)은 상기와 같은 유동 방식으로 3개의 측면에서 리브형 판금(9)을 둘러싸는데, 그 이유는 정면에 유입구(6) 및 유출구(7)가 놓여 있기 때문이다.
도 10은 S자형 관류 열교환기의 사시도 및 상세도를 도시한다. 도 10a는 냉매 유입구(13) 및 냉매 유출구(14)를 갖는 외부 하우징(2) 그리고 정면에 유입구(6)를 갖는 커버 패널(16)을 도시한다. 상기 유출구(7)는 도면에 도시되지 않은 유입구의 반대편 영역에 화살표로 표시되어 있다. 도 10b는 도 10a에 따른 도면을 도시하나, 이 경우 커버 패널이 없다. 그 대신 도 10b의 경우에는 종방향 슬롯들 내에 배치되는 분리 스트립(8)들을 갖는 개별 리브형 판금(9)들이 도시되어 있다. 리브형 판금(9)들은 본 도면에 도시되지 않은 리브형 하우징들 내에 수용될 수 있고, 이러한 리브형 하우징들은 재차 연결 패널(15)에 고정되어 있다. 도 10c는 단부측이 각각 연결 패널(15)들과 연결된 4개의 리브형 하우징(1) 및 정면에 있는 리브형 판금(9)을 도시한다. 도 10d는 리브형 판금(9)이 수용되기 이전 상태로 리브형 하우징 상부 반부(1.1) 및 리브형 하우징 하부 반부(1.2)를 도시한다. 도 10e에서 리브형 판금(9)은 종방향 슬롯(10)들 및 표시된 횡방향 관통구(11)들이 사시적으로 도시되어 있다.
도 11a, 도 11b 및 도 11c는 다중 유로식 열교환기의 상세도를 도시한다. 다중 유로식 배기가스 열교환기는 유동 경로가 곡류 형태(meander-shaped)로 형성된 열교환기를 의미한다. 도시된 실시예에서 배기가스의 메인 유동 방향은 리브형 판금(9) 내에서의 횡방향 유동이다. 도 11a에는 배기가스용 유입구(6) 및 유출구(7)가 사시도로 도시되어 있고, 그리고 냉매용 유입구(13)와 유출구(14) 및 외부 하우징(2)이 도시되어 있다. 도 11b는 리브형 판금(9) 내부에서의 유동 경로를 개략적으로 도시한다. 상기 유동 경로는 분리 판금(8)과 리브형 하우징(1)에 의해 제한 및 편향된다. 이러한 실시예에 나타나는 그래픽적 도시에 따르면, 유입구(6)에서 유출구(7) 쪽으로 유동 경로의 횡단면이 줄어들고, 그에 따라 최적의 열전달과 유동 압력 손실이 달성된다. 상기 줄어드는 횡단면은 배기가스 흐름의 상승되는 밀도를 고려하고, 이러한 밀도는 최대 열전달 기능을 위한 설치 공간의 최대 이용을 보정한다. 도 11c는 종방향 슬롯(10)들, 횡방향 관통구(11)들 및 분리 스트립(8)들을 갖는 리브형 판금(9)을 도시한다.
도 12는 U자형 관류 배기가스 열교환기의 사시도를 도시한다. 도 12a에는 외부 하우징(2) 및 연결 패널(15)이 도시되어 있다. 리브형 판금(9)들과 분리 스트립(8)들은 상기 연결 패널(15)을 관통하는 방식으로 표시되어 있다. 도 12b에는 둘레를 둘러싸는 외부 하우징이 없고, 연결 패널(15)을 갖는 4개의 리브형 하우징(1)이 도시되어 있다. 도 12c는 도 11c와 유사하게 리브형 판금(9)을 도시하고, 도 12d에는 리브형 판금(9)이 수용되기 이전 상태로 스페이서(3)를 갖는 리브형 하우징 상부 반부(1.1)와 리브형 하우징 하부 반부(1.2)가 도시되어 있다. 도 12e는 개괄적으로 외부 하우징(2) 및 스페이서(3)에 의해 이격되어 배치된 리브형 하우징(1)을 갖는 배기가스 열교환기의 종단면를 도시하고, 이때 정면에는 커버 패널(16)이 도시되어 있다.
도 13a는 리브형 판금(9) 영역에서 종방향으로 나타낸 단면도를 도시한다. 상기 실시예는 정면에서 유입구(6)와 유출구(7)를 갖는 둥근 윤곽의 U자형 관류 배기가스 열교환기에 관련된다. 분리 스트립(8)은 물질과 관련하여 유입구(6)와 유출구(7)를 서로 분리한다. 리브형 하우징(1)은 연결 패널(15)로 지지된다. 그 다음 13b는 연결 패널(15)을 상세도로 도시하고, 이 경우 특수성으로는 분리 스트립(8)들이 연결 패널(15)과 함께 형성되어 있다는 점이며, 이러한 점은 제조 기술상 매우 유익할 뿐만 아니라 리브형 하우징의 개별 리브형 판금 내에 분리 스트립(8)들을 포지셔닝할 때에도 유리하다. 도 13c는 리브형 판금(9)의 상세도를 도시하고, 상기 연결 패널(15)의 연결과 함께 리브형 하우징(1) 내로 통합된 상기 리브형 판금의 통합을 도시한다. 분리 스트립(8)은 리브형 판금(9)의 종방향 슬롯(10)을 따라서 상기 종방향 슬롯 안으로 돌출하고, 상기 분리 스트립의 양측은 분리 스트립(8)의 길이를 따라서 흐르는 배기가스 횡방향 유동을 저지한다.
1: 리브형 하우징
1.1: 리브형 하우징 상부 반부
1.2: 리브형 하우징 하부 반부
2: 외부 하우징
2.1: 외부 하우징 상부 반부
2.2: 외부 하우징 하부 반부
3: 스페이서
4: 대안적 윤곽
5: 횡방향 유동
6: 유입구
7: 유출구
8: 분리 스트립
9: 리브형 판금
10: 종방향 슬롯
11: 횡방향 관통구
12: 커버 스트립
13: 냉매 유입구
14: 냉매 유출구
15: 연결 패널
16: 커버 패널

Claims (17)

  1. 배기가스용 다수의 열교환기 채널 및 이러한 다수의 열교환기 채널을 수용하는 외부 하우징(2)을 갖고 그리고 상기 열교환기 채널들과 외부 하우징(2) 사이에 배기가스용 냉매가 흐르는, 배기가스 열교환기로서,
    상기 배기가스용 열교환기 채널들이 리브형 하우징(ribbed housing)(1)으로 형성되어 있고, 상기 리브형 하우징 내에는 리브형 판금(ribbed sheet metal)(9)이 배치되어 있으며, 상기 리브형 판금(9)은 종방향으로 흐르는 배기가스 유동을 위한 다수의 종방향 슬롯(10) 및 이 종방향 슬롯(10)을 따라서, 횡방향으로 흐르는 배기가스 유동을 위한 다수의 횡방향 관통구(11)를 갖고, 그리고 적어도 하나의 종방향 슬롯(10) 내, 이 종방향 슬롯(10)의 부분 길이 상에 횡방향 유동을 저지하기 위한 적어도 하나의 분리 스트립(8)이 배치된 것을 특징으로 하는,
    배기가스 열교환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    종방향 및 횡방향 관류되는 열교환기 채널 영역들을 형성하기 위해 여러 종방향 슬롯(10) 내에 다수의 분리 스트립(8)이 제공된 것을 특징으로 하는,
    배기가스 열교환기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열교환기 채널 내부에서 배기가스 유동 경로가 상기 리브형 판금(9) 내 분리 스트립(8)들 및 리브형 하우징(1)에 의해 제한되는 것을 특징으로 하는,
    배기가스 열교환기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리브형 하우징(1)이 리브형 하우징 상부 반부(upper half of the ribbed housing)(1.1)와 리브형 하우징 하부 반부(lower half of the ribbed housing)(1.2)로 구성된 것을 특징으로 하는,
    배기가스 열교환기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리브형 하우징(1)이 냉매용 채널들을 형성하기 위한 스페이서(spacer)(3)를 갖는 것을 특징으로 하는,
    배기가스 열교환기.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외부 하우징(2)이 적어도 하나의 측면에서 상기 리브형 하우징(1)을 수용하기 위한 수용부들을 갖는 연결 패널(15)에 의해 제한되는 것을 특징으로 하는,
    배기가스 열교환기.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커버 패널(16)이 적어도 하나의 횡방향 측면에서 상기 외부 하우징(2)을 제한하고 배기가스 유입구(6) 및 유출구(7)용 연결부들을 갖는 것을 특징으로 하는,
    배기가스 열교환기.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외부 하우징(2)이 냉매 유입구(13) 및 냉매 유출구(14)용 연결부들을 갖는 것을 특징으로 하는,
    배기가스 열교환기.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연결 패널(15) 및 분리 스트립(8)들이 하나의 피스(piece)로 형성된 것을 특징으로 하는,
    배기가스 열교환기.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    최적의 열전달을 위한 최적의 유동 속도와 유동 압력 손실을 달성하기 위해, 압력, 온도 그리고 그와 더불어 밀도와 관련하여 우세한 배기가스 상태가 적합하게 조정되는 방식으로 유동 경로의 길이에 걸쳐서 상기 열교환기 채널 내 배기가스 유동 경로의 횡단면이 감소하는 것을 특징으로 하는,
    배기가스 열교환기.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열교환기가 U자형 관류 열교환기로 형성된 것을 특징으로 하는,
    배기가스 열교환기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 U자형 관류 열교환기가 상기 유입구(6) 및 유출구(7)에 마주 놓인 측에 있는 상기 횡방향 영역에서 둥근 윤곽을 갖는 것을 특징으로 하는,
    배기가스 열교환기.
  13. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열교환기가 S자형 관류 열교환기로 형성된 것을 특징으로 하는,
    배기가스 열교환기.
  14. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열교환기가 W자형 관류 열교환기로 형성된 것을 특징으로 하는,
    배기가스 열교환기.
  15. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열교환기가 다중 유로식 열교환기(multi flow heat exchanger)로 형성된 것을 특징으로 하는,
    배기가스 열교환기.
  16. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열교환기가 L자형 관류 열교환기로 형성된 것을 특징으로 하는,
    배기가스 열교환기.
  17. 내연 기관을 갖는 자동차의 배기가스 재순환 냉각기(exhaust gas recirculation cooler)로 사용하는 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 배기가스 열교환기의 용도.
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