KR20180019995A - 차량용 쿨러 - Google Patents

Abstract

차량용 쿨러가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 쿨러는 냉각수 통로를 형성하는 쿨러 하우징의 내부에 배기가스 유로를 형성하는 튜브가 설치되며, 상기 튜브의 내부에 일정 패턴으로 냉각핀이 접합되어 배기가스 유로를 구획하여 이루어지는 차량용 쿨러에 있어서, 상기 냉각핀은 알루미늄 합금으로 이루어진 심재의 일면에 희생양극 소재로 이루어진 부식 유도층과, 상기 심재의 타면에 상기 튜브와의 접합을 위한 필러재로 이루어진 접합층이 형성되는 클래드재로 이루어진다.

Description

차량용 쿨러{COOLER FOR VEHICLES}

본 발명은 차량용 쿨러에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량용 쿨러 내부에 적용되는 튜브의 부식을 방지하는 차량용 쿨러에 관한 것이다.

최근 들어, 지구 온난화 등 환경문제가 대두되면서 배기가스에 대한 규제가 강화되고 있다.

특히, 자동차 배기가스의 배출량에 대한 엄격한 기준이 적용되고 있는 실정이다.

자동차 배출가스에 대한 규제가 강화됨에 따라 유해 물질을 저감하는 기술들이 제공되고 있는 바, 그 중 하나가 배기 가스 재순환(EGR: Exhaust Gas Recirculation, 이하, 간단히 EGR이라 함) 장치이다.

상기 EGR 장치는 엔진에서 연소된 배기가스의 일부를 연소실로 재순환하여 실린더 내의 연소가스의 온도를 낮춤으로써 질소 산화물(NOx)의 생성을 억제시킨다.

이러한 EGR 장치는 배기매니폴드와 흡기매니폴드를 연결하는 EGR 파이프를 통하여 상기 배기매니폴드로부터 배출되는 배기가스의 일부를 흡기매니폴드로 재순환시키고, 상기 EGR 파이프의 일측에 배치된 EGR 쿨러를 통하여 배기매니폴드로부터 배출된 배기가스를 냉각시키며, 상기 EGR 쿨러의 일측에 구성된 EGR 밸브를 통하여 배기가스의 양을 조절하는 구조로 이루어진다.

이때, 상기 EGR 쿨러는 배기가스와 냉각수를 상호 열교환시켜 배기가스의 지나친 온도 상승을 방지하도록 하는 일종의 열교환기 역할을 한다.

이러한 EGR 쿨러는 내부에 냉각수 유로가 형성되는 하우징 내부에 복수개의 튜브가 마련되며, 상기 복수개의 튜브 내부에는 배기가스 유로를 구획하는 냉각핀이 각각 설치된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래의 EGR 쿨러는 튜브 내부에 형성된 배기가스 유로를 통과하는 고온의 배기가스가 엔진 오프(off)등으로 인해 온도가 하강할 경우, 상기 배기가스의 일부가 부식성 응축수로 변하게 되는데, 이때, 상기 부식성 응축수로 인해 튜브가 부식되며, 결국 관통홀이 발생하게 된다.

이로 인해, 종래의 EGR 쿨러는 상기 튜브의 부식에 따른 배기가스의 리크(leak)가 발생하는 문제점이 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 알루미늄 합금으로 이루어진 튜브 내부에 개재되는 냉각핀에 부식 유도층을 포함하는 클래드재를 적용함으로써, 상기 튜브의 부식을 방지하는 차량용 튜브를 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 냉각수 통로를 형성하는 쿨러 하우징의 내부에 배기가스 유로를 형성하는 튜브가 설치되며, 상기 튜브의 내부에 일정 패턴으로 냉각핀이 접합되어 배기가스 유로를 구획하여 이루어지는 차량용 쿨러에 있어서, 상기 냉각핀은 알루미늄 합금으로 이루어진 심재의 일면에 희생양극 소재로 이루어진 부식 유도층과, 상기 심재의 타면에 상기 튜브와의 접합을 위한 필러재로 이루어진 접합층이 형성되는 클래드재로 이루어진 차량용 쿨러를 제공할 수 있다.

또한, 상기 부식 유도층은 상기 튜브 및 심재보다 낮은 전위를 갖는 소재로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 부식 유도층은 아연 합금으로 형성된 A7000계열의 소재로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 접합층은 상기 튜브와의 접합을 위한 층이며, A4000계열의 소재로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 심재는 A3000계열의 소재로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 냉각핀은 상기 튜브에 접촉된 상태로 브레이징 접합될 수 있다.

또한, 상기 접합층 및 부식 유도층은 각각의 두께가 냉각핀 전체 두께의 5~10% 범위 내에서 설정될 수 있다.

또한, 상기 냉각핀은 연속된 요철형상으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 튜브는 알루미늄 합금으로 형성된 A3000계열의 소재로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 튜브 내부에 형성된 배기가스의 유로를 구획하는 냉각핀에 부식 유도층을 적용하여 상기 튜브의 부식을 억제함으로써, 배기가스의 리크 현상을 방지하는 효과가 있다.

이외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 쿨러의 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A 선에 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 쿨러에 적용되는 냉각핀의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 쿨러의 부식실험결과를 보여주는 단면사진이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예를 설명한다. 다만, 하기에 도시되는 도면과 후술되는 상세한 설명은 본 발명의 특징을 효과적으로 설명하기 위한 여러 가지 실시 예들 중에서 바람직한 하나의 실시 예에 관한 것이다. 따라서, 본 발명이 하기의 도면과 설명에만 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 실시 예에 따른 차량용 쿨러는 자동차의 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 쿨러를 예를 들어 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 쿨러의 사시도이다.

도 1을 참조하면, 차량용 쿨러(1, 이하, EGR 쿨러라 함)는 엔진시스템의 배기라인에서 흡기라인으로 재순환되는 배기가스를 냉각시키도록 배치된다.

상기 EGR 쿨러(1)는 냉각수를 이용하여 재순환되는 배기가스를 냉각시키며, 이를 위해 상기 EGR 쿨러(1)의 일측 및 타측에는 냉각수가 유입되고 배출되는 흡입 파이프(3) 및 배출 파이프(5)가 각각 연결된다.

또한, 상기 EGR 쿨러(1)를 지나가는 배기가스는 약 550℃에 이르며, 상기 EGR 쿨러(1)를 지날 때, 온도 하강에 따른 응축수가 발생되는데, 이러한 응축수는 CI^-, SO₄ ^2-, NO₃ ^- 등과 같은 부식성 이온들을 포함한다.

이에 따라, 상기 EGR 쿨러(1)는 응축수에 의해 갈바닉 부식(Galvanic corrosion)이 발생된다.

여기서, 갈바닉 부식은 부식성 이온을 포함하는 용액에 두 금속이 접촉된 상태에서, 상기 두 금속의 전위 차에 의해 전자의 이동이 발생함에 따라 부식이 일어나는 현상이다.

즉, 상기 EGR 쿨러(1)는 부식성 이온들을 포함하는 응축수에 의해 튜브(도 2의 20)와 냉각핀(도 2의 30) 사이에 부식이 발생된다.

본 발명의 실시 예에 따른 EGR 쿨러(1)는 상기 응축수 발생에 따른 튜브(20)의 부식 현상을 방지하기 위하여 적용되는 것이다.

도 2는 도 1의 A-A 선에 따른 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 쿨러에 적용되는 냉각핀의 단면도이다.

도 2를 참조하면, 상기 EGR 쿨러(1)는 쿨러 하우징(10), 튜브(20) 및 냉각핀(30)을 포함한다.

먼저, 상기 쿨러 하우징(10)은 내부에 냉각수 통로(11)를 형성하며, 일측 및 타측에 연결되는 흡입 파이프(3) 및 배출 파이프(5)를 통하여 냉각수가 유입되고 배출된다.

또한, 상기 튜브(20)는 상기 쿨러 하우징(10)의 내부에 일정 간격 이격되게 배치되며, 배기가스 유로(21)를 형성한다.

이때, 상기 튜브(20)는 알루미늄 합금으로 형성된 A3000계열의 소재로 이루어질 수 있다.

특히, 상기 튜브(20)는 마그네슘이 첨가된 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다.

이러한 재질로 이루어진 튜브(20)는 고온과 부식성 이온이 존재하는 환경에서 일반적인 알루미늄 판재보다 강도가 높고, 내식성이 향상된다.

그리고 상기 냉각핀(30)은 상기 튜브(20)의 내부에 일정 패턴으로 접합되어 배기가스 유로(21)를 구획한다.

도 3을 참조하면, 상기 냉각핀(30)은 클래드재(Clad metal)로 이루어진다.

이러한 냉각핀(30)은 알루미늄 합금으로 이루어진 심재(31)와, 상기 심재(31)의 일면에 희생양극 소재로 이루어진 부식 유도층(33)과, 상기 심재(31)의 타면에 튜브(20)와의 접합을 위한 필러재로 이루어진 접합층(35)으로 구성된다.

먼저, 상기 심재(31)는 A3000계열의 소재로 이루어진다.

그리고 상기 접합층(35)은 A4000계열의 소재로 이루어진다.

또한, 상기 접합층(35)은 그 두께가 냉각핀(30) 전체 두께의 5~10% 범위 내에서 설정된다.

그리고 상기 부식 유도층(33)은 튜브(20) 및 심재(31)보다 낮은 전위를 갖는 소재로 이루어진다.

즉, 상기 부식 유도층(33)은 상기 튜브(20) 및 심재(31)를 보호하여 우선적으로 부식이 일어날 수 있도록, 상기 튜브(20) 및 심재(31) 보다 낮은 전위를 갖는 소재로 이루어지는 것이다.

예를 들어, 상기 부식 유도층(33)은 아연 합금으로 형성된 A7000계열의 소재로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시 예에 적용되는 부식 유도층(33)은 A7000계열의 소재로 이루어지는 것을 예로 들어 설명하였지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 튜브(20) 및 심재(31)보다 낮은 전위를 갖는 소재면 변경하여 적용이 가능하다.

또한, 상기 부식 유도층(33)은 상기 접합층(35)과 마찬가지로, 그 두께가 냉각핀(30) 전체 두께의 5~10% 범위 내에서 설정된다.

상기와 같이 구성되는 냉각핀(30)은 튜브(20) 내부에서 연속된 요철 형상으로 형성되어, 상기 튜브(20)와의 접촉 면적을 넓게 하여 배기가스의 냉각효율을 높일 수 있다.

이러한 냉각핀(30)은 상기 튜브(20) 내부에 개재된 상태로, 브레이징(Brazing) 접합된다.

이때, 상기 냉각핀(30)은 일면에 형성된 접합층(35)을 용가재로하여 상기 튜브(20)와 접합되는 것이다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 쿨러의 부식실험결과를 보여주는 단면사진이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 EGR 쿨러(1)는 냉각핀(30)이 부분적으로 부식되나, 튜브(20)에는 부식 및 관통 등의 현상을 발생되지 않았다.

이는, 상기 냉각핀(30)에 적용된 부식 유도층(33)에 의해 냉각핀(30)이 우선적으로 부식되는 현상을 보여주는 것이다.

따라서 본 발명의 실시 예에 따른 EGR 쿨러(1)는 냉각핀(30)에 부식 유도층(33)을 적용하여 튜브(20)의 부식을 방지함으로써, 배기가스의 리크(leak)를 방지할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 차량용 쿨러는 EGR 쿨러(1)를 예로 들어 설명하였지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 일반적인 차량용 쿨러의 종류에 상관없이 적용이 가능하다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1 ... EGR 쿨러
3 ... 흡입 파이프
5 ... 배출 파이프
10 ... 쿨러 하우징
11 ... 냉각수 통로
20 ... 튜브
21 ... 배기가스 유로
30 ... 냉각핀
31 ... 심재
33 ... 부식 유도층
35 ... 접합층

Claims (9)

1. 냉각수 통로를 형성하는 쿨러 하우징의 내부에 배기가스 유로를 형성하는 튜브가 설치되며, 상기 튜브의 내부에 일정 패턴으로 냉각핀이 접합되어 배기가스 유로를 구획하여 이루어지는 차량용 쿨러에 있어서,
   상기 냉각핀은
   알루미늄 합금으로 이루어진 심재의 일면에 희생양극 소재로 이루어진 부식 유도층과, 상기 심재의 타면에 상기 튜브와의 접합을 위한 필러재로 이루어진 접합층이 형성되는 클래드재로 이루어진 차량용 쿨러.
2. 제1항에 있어서,
   상기 부식 유도층은 상기 튜브 및 심재보다 낮은 전위를 갖는 소재로 이루어지는 차량용 쿨러.
3. 제2항에 있어서,
   상기 부식 유도층은 아연 합금으로 형성된 A7000계열의 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 쿨러.
4. 제1항에 있어서,
   상기 접합층은 상기 튜브와의 접합을 위한 층이며, A4000계열의 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 쿨러.
5. 제1항에 있어서,
   상기 심재는 A3000계열의 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 쿨러.
6. 제1항에 있어서,
   상기 냉각핀은 상기 튜브에 접촉된 상태로 브레이징 접합되는 차량용 쿨러.
7. 제1항에 있어서,
   상기 접합층 및 부식 유도층은 각각의 두께가 냉각핀 전체 두께의 5~10% 범위 내에서 설정되는 차량용 쿨러.
8. 제1항에 있어서,
   상기 냉각핀은 연속된 요철형상으로 형성되는 차량용 쿨러.
9. 제1항에 있어서,
   상기 튜브는 알루미늄 합금으로 형성된 A3000계열의 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 쿨러.

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